DE3889911T2 - ELECTRIC BRAKE AND AUXILIARY ACCELERATION DEVICE FOR VEHICLES. - Google Patents

ELECTRIC BRAKE AND AUXILIARY ACCELERATION DEVICE FOR VEHICLES.

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Kouzou Kawata
Tetsuo Koike
Atsuomi Obata
Kohji Sasaki
Masashi Shigemori
Takayuki Suzuki
Hiroshi Uchino
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Description

[TECHNISCHER HINTERGRUND][TECHNICAL BACKGROUND]

Diese Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Brems- und Hilfsmotormechanismus, der ein Bremsen und eine Hilfsbeschleunigung für Kraftfahrzeuge ausführt und, genauer gesagt, auf einen elektrischen Brems- und Hilfsmotormechanismus, der eine umlaufende, direkt mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, welche die Achse des Fahrzeugs antreibt, gekoppelte Maschine umfaßt.This invention relates to an electric braking and auxiliary motor mechanism that performs braking and auxiliary acceleration for motor vehicles and, more particularly, to an electric braking and auxiliary motor mechanism that includes a rotary machine directly coupled to the crankshaft of an internal combustion engine that drives the axle of the vehicle.

[STAND DER TECHNIK][STATE OF THE ART]

Der Fortschritt der Brennkraftmaschinen, insbesondere Verbesserungen in der Aufladetechnik zusammen mit der Entwicklung von thermisch widerstandsfähigen Materialien, haben erfolgreich eine Brennkraftmaschine von kleinem Hubvolumen mit hoher Ausgangsleistung realisiert. Mit kleinerer Kapazität der Brennkraftmaschine wird jedoch die Wirkung eines Abgasverzögerers oder einer Maschinenbremse verringert entsprechend ihrem Hubvolumen, was die gleichzeitige Verwendung eines Verzögerers erfordert. Genauer gesagt ist ein Hilfsbremssystem notwendig zusätzlich zu der Reibungsbremsanlage, die an den Rädern montiert ist, um Beschleunigung entgegenzuwirken, hervorgerufen, wenn das Kraftfahrzeug bergab fährt oder die Geschwindigkeit auf einen vorbestimmten Pegel abzusenken im Anfangsstadium des Bremsens bei hoher Geschwindigkeit. Es wurde ein Verzögerer gemäß einem Wirbelstromprinzip eines Leistungsgenerators geschaffen mit einer Struktur vom Induktortyp, direkt gekoppelt mit der Rotorwelle der Brennkraftmaschine. Obwohl der Verzögerer eines Wirbelstromsystems stabil genug ist, den äußeren Kräften, hervorgerufen durch irreguläre Vibrationen der Räder infolge schlechter Straßen, standzuhalten, kann das System nichtverwendbare Energie regenerieren, da alle für das Bremsen zu verbrauchende mechanische Energie in thermische Energie umgesetzt und in die Atmosphäre abgegeben wird. Dies widerspricht dem jüngsten Trend der Verbesserung des Brennstoffverbrauchs, und eine Einrichtung mit einer hohen thermischen Kapazität, montiert auf einem Kraftfahrzeug, für die thermische Abstrahlung, vergrößert in unzweckmäßiger Weise die Abmessung des Systems.The progress of internal combustion engines, particularly improvements in supercharging technology together with the development of thermally resistant materials, have successfully realized an internal combustion engine of small displacement with high output power. However, with smaller capacity of the internal combustion engine, the effect of an exhaust retarder or an engine brake is reduced according to its displacement, which requires the simultaneous use of a retarder. More specifically, an auxiliary braking system is necessary in addition to the friction braking system mounted on the wheels to counteract acceleration induced when the motor vehicle is traveling downhill or to reduce the speed to a predetermined level in the initial stage of braking at high speed. A retarder according to an eddy current principle of a power generator has been provided with an inductor type structure directly coupled to the rotor shaft of the internal combustion engine. Although the retarder of an eddy current system is strong enough to withstand the external forces caused by irregular vibrations of the wheels due to bad roads, the system can regenerate unusable energy because all the mechanical energy consumed for braking is converted into thermal energy and released into the atmosphere. This contradicts the recent trend of improving fuel economy, and a device with a high thermal capacity mounted on a motor vehicle for thermal radiation increases inappropriately the dimensions of the system.

Es hat sich erwiesen, daß die direkte Kupplung eines Induktoralternators mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine als ein Hilfsverzögerer wirksam ist. Es hat sich auch erwiesen, daß in diesem System mechanische Energie, die für das Bremsen verbraucht wird, in elektrische Energie umgesetzt werden kann und daß elektrische Energie in einer aufladbaren Batterie wiedergewonnen werden kann, die für den Starter oder andere an dem Fahrzeug vorgesehene Einrichtungen verwendet werden kann. Ein Generator dieser Bauart ist jedoch insofern verbesserungsbedürftig, als der Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor des Generators so klein wie möglich sein muß, um magnetischen Leckfluß zu vermeiden, der den Wirkungsgrad verschlechtert, und daß die Herstellungsgenauigkeit des Rotors und des Stators extensiv verbessert werden muß. Dies erfordert erhebliche Arbeitserfahrung bei der Massenherstellung.It has been found that the direct coupling of an inductor alternator to the crankshaft of an internal combustion engine is effective as an auxiliary retarder. It has also been found that in this system, mechanical energy consumed for braking can be converted into electrical energy and that electrical energy can be recovered in a rechargeable battery which can be used for the starter or other devices provided on the vehicle. However, a generator of this type requires improvement in that the air gap between the stator and the rotor of the generator must be as small as possible to avoid magnetic leakage flux which deteriorates the efficiency and that the manufacturing accuracy of the rotor and stator must be extensively improved. This requires considerable working experience in mass production.

Die Maschine wäre in der Lage, zusätzliche Betriebsmoden für den Fahrer zu schaffen, um das Fahrverhalten zu verbessern, wenn das Antriebsmittel für Start/Beschleunigung und Bergauffahrt/stetige Fahrt zusätzlich zu dem Hauptantriebsmittel verwendet werden.The machine would be able to provide additional operating modes for the driver to improve driving performance when the start/acceleration and hill climbing/steady driving power means are used in addition to the main power means.

Die Erfinder haben Experimente ausgeführt unter Verwendung einer Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine wie oben, und haben gefunden, daß eine hohe Bremskraft erhalten wird, daß elektrische Energie, erzeugt beim Bremsen, in hohem Maße in einer aufladbaren Batterie wiedergewonnen werden kann, und daß die aufladbare Batterie wirksam benutzt werden kann als elektrische Leistungsquelle für Hilfsleistung.The inventors have carried out experiments using a multiphase squirrel cage induction machine as above, and have found that a high braking force is obtained, that electric energy generated during braking can be recovered to a large extent in a rechargeable battery, and that the rechargeable battery can be effectively used as an electric power source for auxiliary power.

Die Erfinder haben verschiedene Experimente ausgeführt, um die Beziehung zwischen der Drehzahl des Rotors und dem Bremsmoment, das auf die Kurbelwelle übertragen wird, zu erfassen. Sie haben ein Phänomen festgestellt, bei welchem kein Bremsmoment erzeugt wird, wenn die Drehzahl des Rotors bei einem bestimmten hohen Wert liegt und wenn ein niedriger Widerstandswert eines Parallelwiderstandes an den elektrischen Ausgang der Maschine angeschlossen wird, um ein hohes Bremsmoment zu erreichen. Sie haben ihre Experimente ausgeführt unter Variation des Widerstandswertes des Widerstandes und der Drehzahl, um den Grund herauszufinden. Sie haben erkannt, daß das Bremsmoment rapide sich vermindert, wenn der Ausgang mit einem Widerstand kleinen Wertes abgeschlossen wird und wenn die Drehzahl der Welle niedrig ist, und daß mit zunehmendem Widerstandswert der Bereich für die Erzeugung eines normalen Bremsmomentes mit höherer Drehzahl der Welle ausgedehnt wird. Ein hohes Bremsmoment kann jedoch nicht erreicht werden mit einem hohen Widerstandswert, weil seine abgegebene Energie niedrig ist.The inventors conducted various experiments to understand the relationship between the rotational speed of the rotor and the braking torque transmitted to the crankshaft. They found a phenomenon in which no braking torque is generated when the rotational speed of the rotor is at a certain high value and when a low resistance value of a parallel resistor is connected to the electrical output of the machine to obtain a high braking torque. They conducted their experiments by varying the resistance value of the resistor and the rotational speed to find out the reason. They found that the braking torque decreases rapidly, when the output is terminated with a small value resistor and when the shaft speed is low, and that as the resistance value increases, the range for generating a normal braking torque is extended with higher shaft speed. However, a high braking torque cannot be achieved with a high resistance value because its dissipated energy is low.

Die Erfinder haben das Folgende in Erwägung gezogen: Die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine und der Inverter können als eine integrale Gleichspannungs-Leistungsquelle angesehen werden. Die Leistung, erzeugt von der Leistungsquelle, ist proportional der Drehzahl der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine, und die Ausgangsspannung der Gleichspannungs-Leistungsquelle ist ebenfalls proportional der Drehzahl. Die Leistung, abgestrahlt durch den Widerstand, der die Belastung der Leistungsquelle darstellt, ist jedoch proportional dem Quadrat der Ausgangsklemmenspannung. Wenn demgemäß die Drehzahl ansteigt und wenn die Ausgangsspannung zunimmt, übersteigt die abgestrahlte Leistung die erzeugte Leistung. Dies bedeutet, daß die Mehrphasen-Käfigläufer- Induktionsmaschine in diesem Zustand nicht als Leistungsgenerator arbeitet und daß die Maschine rapide das Bremsmoment verliert.The inventors considered the following: The multiphase squirrel cage induction machine and the inverter can be regarded as an integral DC power source. The power generated by the power source is proportional to the rotational speed of the multiphase squirrel cage induction machine, and the output voltage of the DC power source is also proportional to the rotational speed. However, the power radiated through the resistance which constitutes the load of the power source is proportional to the square of the output terminal voltage. Accordingly, when the rotational speed increases and when the output voltage increases, the radiated power exceeds the generated power. This means that the multiphase squirrel cage induction machine does not operate as a power generator in this state and that the machine rapidly loses the braking torque.

Die Erfinder haben auch beobachtet, daß dann, wenn ein hoher elektrischer Strom kontinuierlich dem Widerstand zugeführt wird, um kontinuierlich ein hohes Bremsmoment zu erzeugen, das Bremsmoment kleiner wird mit Ablauf der Zeit. Dies liegt daran, daß der Widerstand durch den Strom aufgeheizt wird und weil der Wert des Widerstandes mit der Temperatur zunimmt. Dies bedeutet, daß die abgestrahlte elektrische Energie kleiner wird. Um dieses Phänomen zu vermeiden, könnte ein Widerstand mit einem kleinen Widerstandswert ausgewählt werden, doch sollte dies vermieden werden, weil der kleine Widerstandswert zu einer Stromzunahme führen würde und die Statorwicklung der Maschine aufgeheizt würde, wenn ein hohes Bremsmoment erzeugt wird.The inventors also observed that when a large electric current is continuously supplied to the resistor to continuously generate a large braking torque, the braking torque becomes smaller with the passage of time. This is because the resistor is heated by the current and because the value of the resistance increases with temperature. This means that the radiated electric energy becomes smaller. To avoid this phenomenon, a resistor with a small resistance value could be selected, but this should be avoided because the small resistance value would result in an increase in current and the stator winding of the machine would be heated when a high braking torque is generated.

Es ist andererseits bekannt, daß eine Technik von Volkswagen AG in Westdeutschland in der OS Nr. 2943554 offenbart wurde (offengelegte Patentanmeldung in Westdeutschland) und in dem Patent Nr. 4,533,011 der Vereinigten Staaten, worin eine elektrische Maschine als ein Generator für die Bremse verwendet wird oder als ein Motor für den Hilfsantrieb.On the other hand, it is known that a technique was disclosed by Volkswagen AG in West Germany in OS No. 2943554 (open patent application in West Germany) and in United States Patent No. 4,533,011, in which an electric machine as a generator used for the brake or as a motor for the auxiliary drive.

In der obigen Patentoffenbarung ist offenbart, daß eine elektrische Maschine mit der Kurbelwelle verbunden ist und daß die elektrische Maschine als ein Hilfsmotor benutzt wird. Es ist auch offenbart, daß die Maschine von einer Brennkraftmaschine als Leistungsgenerator zum Aufladen der Batterie angetrieben werden kann, deren Leistung für den Hilfsmotor verwendbar ist. Es ist jedoch festzuhalten, daß eine zweite Kupplung in der offenbarten Einrichtung vorgesehen ist für das Kuppeln der Rotorwelle der Käfigläufer-Induktionsmaschine mit der Achse des Kraftfahrzeugs und für ihr Abtrennen von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Wenn die zweite Kupplung geöffnet ist, kann das Kraftfahrzeug als Elektrofahrzeug angetrieben werden nur mit der Hilfsleistung allein zum Erzielen einer geräuschlosen Maschine ohne luftverschmutzendes Abgas. Es ist jedoch nicht erwähnt, daß die Maschine als ein Verzögerer verwendbar ist zur Unterstützung der Maschinenabbremsung. Darüber hinaus erwähnen sie nichts bezüglich der Verwendung eines Widerstandes mit einem niedrigen Wert für die Energieabstrahlung.In the above patent disclosure, it is disclosed that an electric machine is connected to the crankshaft and that the electric machine is used as an auxiliary motor. It is also disclosed that the machine can be driven by an internal combustion engine as a power generator for charging the battery, the power of which is usable for the auxiliary motor. It should be noted, however, that a second clutch is provided in the disclosed device for coupling the rotor shaft of the squirrel cage induction machine to the axle of the motor vehicle and for disconnecting it from the crankshaft of the internal combustion engine. When the second clutch is opened, the motor vehicle can be driven as an electric vehicle with the auxiliary power alone to achieve a noiseless machine without air-polluting exhaust gas. However, it is not mentioned that the machine is usable as a retarder to assist the engine braking. Moreover, they do not mention anything about using a resistor with a low value for energy radiation.

JP-A-61-154462 offenbart einen elektrischen Motorgenerator, montiert auf der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine. Getrennte Motor- und Generatorspulen sind auf dem Rotor vorgesehen, verbunden mit einem Kommutator beziehungsweise Schleifringen. Eine einzige Wicklung wird von dem Stator getragen.JP-A-61-154462 discloses an electric motor generator mounted on the crankshaft of an internal combustion engine. Separate motor and generator coils are provided on the rotor, connected to a commutator and slip rings respectively. A single winding is carried by the stator.

JP-U-53-49608 beschreibt eine Inverterschaltung für eine elektrische Maschine. Die Schaltung umfaßt schaltende Elemente, die gesteuert werden entsprechend der Drehzahl der Elektromaschine.JP-U-53-49608 describes an inverter circuit for an electrical machine. The circuit comprises switching elements that are controlled according to the speed of the electric machine.

DE-A-24 36 546 beschreibt einen Hilfsantrieb für ein Fahrzeug. Zwei elektrische Maschinen sind mit Antriebswellen des Fahrzeugs gekuppelt zum Bereitstellen zusätzlichen Moments bei niedrigen Geschwindigkeiten. Energie, die beim Bremsen des Fahrzeugs wiedergewonnen wird, wird in einem Schwungrad gespeichert.DE-A-24 36 546 describes an auxiliary drive for a vehicle. Two electric machines are coupled to drive shafts of the vehicle to provide additional torque at low speeds. Energy recovered when the vehicle is braked is stored in a flywheel.

CH-A-492 336 beschreibt ein elektrisches Bremsverfahren für einen Elektromotor. Die Energie, erzeugt durch Abbremsen des Motors, wird in Widerständen umgesetzt.CH-A-492 336 describes an electrical braking process for an electric motor. The energy generated by braking the motor is converted into resistors.

Das primäre Ziel dieser Erfindung ist die Schaffung eines Hilfsmaschinensystems für Kraftfahrzeuge, das mechanisch dauerhaft ist, wenig Geräusch erzeugt, stärkeres Bremsen ermöglicht und für die Massenproduktion geeignet ist.The primary objective of this invention is to provide an auxiliary machinery system for automotive vehicles that is mechanically durable, produces little noise, enables stronger braking, and is suitable for mass production.

Das zweite Ziel dieser Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Hilfsmaschinensystems für Kraftfahrzeuge, das mit einem Invertermittel versehen ist mit einem hinreichenden Frequenzbereich für Ausgangsfrequenzen entsprechend Veränderungen in der Drehzahl des Magnetfeldes der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine, so daß es als ein Hilfsantriebsmittel betrieben werden kann zu niedrigen Kosten, ohne zusätzlichen Raum auf dem Kraftfahrzeug zu beanspruchen.The second object of this invention is to provide an auxiliary machine system for automotive vehicles provided with an inverter means having a sufficient frequency range for output frequencies corresponding to changes in the rotational speed of the magnetic field of the multiphase squirrel cage induction machine so that it can be operated as an auxiliary drive means at a low cost without taking up additional space on the automotive vehicle.

Das dritte Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Hilfsmaschinensystems für Kraftfahrzeuge, das ein hohes Bremsmoment aufrechterhalten kann durch Umsetzung der elektrischen Energie, kontinuierlich in dem Widerstand.The third object of the invention is to provide an auxiliary machine system for motor vehicles which can maintain a high braking torque by converting the electrical energy continuously into the resistance.

Das vierte Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Hilfsmaschinensystems für Kraftfahrzeuge, das effizient elektrische Energie rezyklisieren kann, die durch Bremsen erzeugt worden ist, zu einer wiederaufladbaren Batterie, die als eine Hilfsleistungsquelle eingesetzt werden kann.The fourth object of the invention is to provide an auxiliary machine system for automotive vehicles that can efficiently recycle electric energy generated by braking to a rechargeable battery that can be used as an auxiliary power source.

Das fünfte Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Hilfsmaschinensystems für Kraftfahrzeuge, das effizient ein hohes Bremsmoment während einer langen Zeitperiode über einen großen Bereich von Drehzahlen der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine erzeugen kann.The fifth object of the invention is to provide an auxiliary machine system for automotive vehicles which can efficiently generate a high braking torque for a long period of time over a wide range of rotational speeds of the crankshaft of an internal combustion engine.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektrischer Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug mit einer umlaufenden elektrischen Maschine, die an die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine für den Antrieb der Achse des Fahrzeugs angekoppelt ist, geschaffen, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kurbelwelle und die Drehwelle der umlaufenden Maschine direkt gekuppelt sind, daß die umlaufende Maschine eine Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine ist, daß ein elektrisches Mittel vorgesehen ist zum Induzieren eines umlaufenden magnetischen Feldes für die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine, und daß der Mechanismus eine Gleichspannungs-Leistungsquelle einschließlich einer wiederaufladbaren Batterie und einen Inverter umfaßt, der ein umlaufendes magnetisches Feld zu der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine übergibt, wobei der elektrische Strom von der Gleichspannungs- Leistungsquelle geliefert wird, wobei der Inverter einen Frequenzeinstellbereich aufweist zum Ermöglichen von Ausgängen mit einer Frequenz, entsprechend der Drehzahl des umlaufenden Magnetfeldes, die höher ist als jene der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine, und einer Frequenz, entsprechend der Drehzahl des umlaufenden Magnetfeldes, die niedriger ist als jene der Drehzahl, jedoch in derselben Richtung.According to the present invention there is provided an electric brake and auxiliary motor mechanism for a motor vehicle having a rotary electric machine coupled to the crankshaft of an internal combustion engine for driving the axle of the vehicle, which is characterized in that the crankshaft and the rotary shaft of the rotary machine are directly coupled, that the rotary machine is a multiphase squirrel cage induction machine, that an electrical means is provided for inducing a rotary magnetic field for the multiphase squirrel cage induction machine, and that the mechanism comprises a DC power source including a rechargeable battery and an inverter that supplies a circulating magnetic field to the multiphase squirrel cage induction machine, the electric current being supplied from the DC power source, the inverter having a frequency adjustment range for enabling outputs at a frequency corresponding to the speed of the circulating magnetic field that is higher than that of the multiphase squirrel cage induction machine and a frequency corresponding to the speed of the circulating magnetic field that is lower than that of the speed but in the same direction.

Dieses System ist in seiner Struktur bevorzugt, wenn der Rotor der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine auf einem Schwungrad, verbunden mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, montiert ist, während ein Stator derselben innerhalb des Schwungradgehäuses montiert ist.This system is preferred in its structure where the rotor of the multiphase squirrel cage induction machine is mounted on a flywheel connected to the crankshaft of the internal combustion engine, while a stator of the same is mounted inside the flywheel housing.

Es wird möglich, ein Bremsen auszuführen, geeignet für die Laufbedingungen von Kraftfahrzeugen durch direktes Kuppeln des Rotors der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, wie oben erwähnt, und elektrisch die Drehzahl des Magnetfeldes an dem Stator der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine zu steuern. Genauer gesagt kann die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine als ein Leistungsgenerator betrieben werden, indem man die Drehzahl des Magnetfeldes kleiner macht als die mechanische Drehzahl des Rotors, wodurch dem Kraftfahrzeug ein Bremsmoment übertragen wird. Die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine kann als Antriebsmotor verwendet werden, indem man die Drehzahl des Magnetfeldes höher macht als die mechanische Drehzahl des Rotors, um so eine Hilfsantriebskraft auf die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu übertragen.It becomes possible to perform braking suitable for the running conditions of automobiles by directly coupling the rotor of the multiphase squirrel cage induction machine to the crankshaft of the internal combustion engine as mentioned above and electrically controlling the rotational speed of the magnetic field on the stator of the multiphase squirrel cage induction machine. More specifically, the multiphase squirrel cage induction machine can be operated as a power generator by making the rotational speed of the magnetic field smaller than the mechanical rotational speed of the rotor, thereby transmitting braking torque to the automobile. The multiphase squirrel cage induction machine can be used as a drive motor by making the rotational speed of the magnetic field higher than the mechanical rotational speed of the rotor, so as to transmit an auxiliary driving force to the crankshaft of the internal combustion engine.

Da es unmöglich ist, die Betriebsbedingungen für das Kraftfahrzeug vorherzusagen, welche ein Abbremsen erfordern, tritt diese Notwendigkeit immer unerwartet auf. Es ist deshalb bevorzugt, daß eine aufladbare Batterie anfänglich mit weniger als der angegebenen Ladekapazität aufgeladen wird und die Batterie zur Verfügung steht für das Aufladen mit elektrischer Energie mit hohem Wirkungsgrad, wenn solche elektrische Energie für das elektrische Abbremsen erzeugt wird. Die geladene Energie kann verwendet werden als Hilfsantriebskraft für das Einsparen des Brennstoffverbrauchs durch die Brennkraftmaschine um den betreffenden Betrag.Since it is impossible to predict the operating conditions for the motor vehicle which will require braking, this need always arises unexpectedly. It is therefore preferred that a rechargeable battery is initially charged with less than the specified charging capacity and that the battery be available for charging with electrical energy with high efficiency when such electrical energy is generated for electrical braking. charged energy can be used as auxiliary driving force for saving the fuel consumption of the internal combustion engine by the relevant amount.

Vorzugsweise ist das Invertermittel gemäß dieser Erfindung zwischen die Phasenklemmen der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine und die beiden Klemmen der Gleichspannungs-Leistungsquelle geschaltet und mit schaltenden Elementen versehen, von denen jedes eine Parallelschaltung von Transistoren und Dioden umfaßt.Preferably, the inverter means according to this invention is connected between the phase terminals of the multiphase squirrel cage induction machine and the two terminals of the DC power source and is provided with switching elements, each of which comprises a parallel circuit of transistors and diodes.

Es kann auch einen umlaufenden Sensor umfassen, der die Drehzahl der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine als ein elektrisches Signal erfaßt, wobei ein Steuermittel Steuerreferenzen erzeugt während der Zeit, in der das Fahrzeug angetrieben wird, einen Addierer, der Steuersignale abgibt für die Zufuhr der Summe zu den schaltenden Elementen durch Addieren der Steuerreferenz zu den Drehzahldaten, einen Serienschaltkreis mit einem schaltenden Schaltkreis und einem Widerstand mit einem kleinen Widerstandswert, angeschlossen an beide Klemmen der Gleichspannungs-Leistungsquelle.It may also comprise a rotating sensor which detects the rotational speed of the multiphase squirrel cage induction machine as an electrical signal, a control means which generates control references during the time the vehicle is driven, an adder which outputs control signals for supplying the sum to the switching elements by adding the control reference to the rotational speed data, a series circuit comprising a switching circuit and a resistor with a small resistance value connected to both terminals of the DC power source.

Vorzugsweise umfassen die Steuermittel zum Bereitstellen der Referenz für die Steuerung: einen Schalter, der vom Fahrer des Wagens manipuliert wird, zum Befehlen von Hilfsbeschleunigung, einen anderen Schalter, der von dem Fahrer manipuliert wird, zum Befehlen von Hilfsabbremsung, und eine programmierte Steuerschaltung, welche die Steuerreferenz erzeugt zum Herbeiführen eines unterschiedlichen Schlupfes in positiven oder negativen Werten für die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine durch die Manipulation der beiden Schalter. Es ist bevorzugt, daß die Steuermittel zum Bereitstellen der Referenz einen Schaltkreis umfassen, der die Manipulationsinformation des Startschlüsselschalters der Brennkraftmaschine eingibt und auch, daß der programmierte Steuerschaltkreis ein Mittel umfaßt zum Erzeugen der Referenz, um so ein umlaufendes Magnetfeld zu induzieren, geeignet zum Starten der Brennkraftmaschine mittels der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine, basierend auf der obigen Information.Preferably, the control means for providing the reference for control comprises: a switch manipulated by the driver of the car for commanding auxiliary acceleration, another switch manipulated by the driver for commanding auxiliary deceleration, and a programmed control circuit which generates the control reference for inducing a different slip in positive or negative values for the multi-phase squirrel cage induction machine by manipulating the two switches. It is preferred that the control means for providing the reference comprises a circuit which inputs the manipulation information of the start key switch of the internal combustion engine and also that the programmed control circuit comprises means for generating the reference so as to induce a circulating magnetic field suitable for starting the internal combustion engine by means of the multi-phase squirrel cage induction machine based on the above information.

Die Gleichspannungs-Leistungsquelle kann eine aufladbare Batterie umfassen, deren Nennklemmenspannung niedriger ist als die Nennklemmenspannung der Gleichspannungs-Leistungsquelle, mit einem Aufwärtszerhacker und einem Abwärtszerhacker vom Reaktortyp, verbunden mit der aufladbaren Batterie. Der schaltende Schaltkreis kann einen Schaltkreis umfassen, der automatisch geschlossen wird, wenn die Klemmenspannung der Gleichspannungs-Leistungsquelle eine vorbestimmte Spannung erreicht, die höher ist als die Nominalklemmenspannung derselben.The DC power source may comprise a rechargeable battery having a nominal terminal voltage lower than the nominal terminal voltage the DC power source, with a step-up chopper and a reactor type step-down chopper connected to the rechargeable battery. The switching circuit may comprise a circuit which is automatically closed when the terminal voltage of the DC power source reaches a predetermined voltage higher than the nominal terminal voltage thereof.

Der so aufgebaute Mechanismus dieser Erfindung kann als ein Bremssystem verwendet werden, wenn die Drehzahl des umlaufenden Magnetfeldes gesteuert wird zum Erzielen eines negativen Schlupfes bezüglich der Drehzahl des Rotors, womit er als Leistungsgenerator betrieben wird, und kann als ein Hilfsmotor verwendet werden, wenn er gesteuert wird zum Herbeiführen eines positiven Schlupfes bezüglich der Drehzahl des Rotors.The mechanism of this invention thus constructed can be used as a braking system when the rotational speed of the rotating magnetic field is controlled to achieve a negative slip with respect to the rotational speed of the rotor, thus operating as a power generator, and can be used as an auxiliary motor when it is controlled to achieve a positive slip with respect to the rotational speed of the rotor.

Da schaltende Elemente komplizierten Typs, welche eine Parallelschaltung von Transistoren und Dioden umfassen, in der Inverterschaltung installiert sind, kann der elektrische Gleichstrom aus den Elementen entnommen werden, wenn der Mechanismus als Generator benutzt wird, und der elektrische Strom für das umlaufende Magnetfeld kann von der Gleichspannungs-Leistungsquelle über diese Elemente geliefert werden, wenn die Verwendung als Motor erfolgt. Die Drehzahlinformation der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine wird erfaßt in Form von elektrischen Signalen, mit denen eine negative Rückkopplungsregelung ausgeführt wird, um das gewünschte umlaufende Magnetfeld der Induktionsmaschine über die Steuerung des Inverterschaltkreises zuzuführen. Dies ermöglicht die Steuerung mit höherer Stabilität und höherer Genauigkeit. Die Steuerreferenz für die negative Rückkopplungsregelung wird erzeugt in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen, um so eine Anpassung an die konventionellen Fahrbedingungen des Kraftfahrzeugs vorzunehmen.Since switching elements of a complicated type comprising a parallel connection of transistors and diodes are installed in the inverter circuit, the direct current electric power can be taken from the elements when the mechanism is used as a generator, and the electric power for the circulating magnetic field can be supplied from the direct current power source through these elements when used as a motor. The speed information of the multiphase squirrel cage induction machine is detected in the form of electric signals, with which negative feedback control is carried out to supply the desired circulating magnetic field to the induction machine through the control of the inverter circuit. This enables control with higher stability and higher accuracy. The control reference for the negative feedback control is generated in accordance with the operating conditions so as to adapt to the conventional driving conditions of the motor vehicle.

Wenn die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine als Generator verwendet wird, kann die erzeugte Energie für die Gleichspannungs- Leistungsquelle rezyklisiert werden. Es ist jedoch unmöglich, die gesamte elektrische Energie wiederzugewinnen, die beim Bremsen erzeugt wird, da der Bremsbetrieb jederzeit benötigt werden kann, abhängig von den Fahrbedingungen, und das Bremsmoment im allgemeinen in einem breiten Bereich fluktuiert. Ein umsetzender Widerstand ist deshalb vorgesehen, um mit der Situation fertig zu werden, wenn die Bremsenergie zu exzessiv ist, um wiedergewonnen zu werden. Der Widerstand ist mit dem elektrischen Ausgang der Maschine verbunden über einen schaltenden Schaltkreis, um so die exzessive elektrische Energie umzusetzen, die als thermische Energie abgegeben wird, wenn innerhalb einer kurzen Periode ein hohes Bremsmoment vorgesehen ist.When the multi-phase squirrel cage induction machine is used as a generator, the generated energy can be recycled for the DC power source. However, it is impossible to recover all the electric energy generated during braking because the braking operation may be required at any time depending on the driving conditions, and the braking torque generally varies in a wide range. range. A converting resistor is therefore provided to deal with the situation when the braking energy is too excessive to be recovered. The resistor is connected to the electrical output of the machine through a switching circuit so as to convert the excessive electrical energy dissipated as thermal energy when a high braking torque is provided within a short period.

Der umsetzende Widerstand ist angepaßt, um automatisch an den elektrischen Ausgang angeschlossen zu werden, wenn die Klemmenspannung der Gleichspannungs-Leistungsquelle eine vorbestimmte Spannung erreicht (beispielsweise 120%), welche größer ist als die nominelle Klemmenspannung derselben, so daß die Steuerung der Umsetzung der Bremsenergie durch den Widerstand unabhängig ist von der negativen Rückkopplungsregelung.The converting resistor is adapted to be automatically connected to the electrical output when the terminal voltage of the DC power source reaches a predetermined voltage (for example, 120%) which is greater than the nominal terminal voltage thereof, so that the control of the conversion of the braking energy by the resistor is independent of the negative feedback control.

Wenn die beiden oben erwähnten Schalter vorgesehen sind, die von dem Fahrer betätigbar sind, kann der richtige Fahrbetrieb durchgeführt werden durch Zufuhr von unterschiedlichen Schlüpfen in positiver beziehungsweise negativer Richtung zu der Mehrphasen-Käfigläufer- Induktionsmaschine, je nach der Manipulation des Fahrers. Dieser Mechanismus kann mit einem Schaltkreis versehen sein, der Eingangsinformation von dem Schlüsselstartschalter der Brennkraftmaschine erhält, und mit einem Programmschaltkreis, der die Steuerreferenz erzeugt für das Liefern eines umlaufenden Magnetfeldes bei einer extrem niedrigen Drehzahl, geeignet für den Start der Brennkraftmaschine zu der Mehrphasen- Käfigläufer-Induktionsmaschine, entsprechend der Eingangsinformation von dem Schlüsselstartschalter. Die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine kann auch als ein Motor verwendet werden zum Starten der Brennkraftmaschine.When the two switches mentioned above are provided which are operable by the driver, the correct driving operation can be carried out by supplying different slips in the positive and negative directions respectively to the multiphase squirrel cage induction machine according to the manipulation of the driver. This mechanism may be provided with a circuit which receives input information from the key start switch of the internal combustion engine and with a program circuit which generates the control reference for supplying a rotating magnetic field at an extremely low speed suitable for starting the internal combustion engine to the multiphase squirrel cage induction machine according to the input information from the key start switch. The multiphase squirrel cage induction machine may also be used as a motor for starting the internal combustion engine.

Die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine und der Inverterschaltkreis können höhere Ausgangsspannungen haben zum Herabsetzen des mehrphasigen Ausgangsstromes, doch ist der Gleichstrom, der konventionell bei Kraftfahrzeugen montiert ist, von bemerkenswert niedriger Spannung. Um einen solchen Niederspannungsstrom an die Ausgangsspannung des Inverterschaltkreises anzupassen ist es bevorzugt, einen Aufwärtszerhacker und einen Abwärtszerhacker vorzusehen vom Reaktortyp, wodurch die relativ niedrige Spannung der aufladbaren Batterie auf die Klemmenspannung beziehungsweise von der Klemmenspannung auf der Gleichspannungsseite des Inverters umgesetzt wird.The multiphase squirrel cage induction machine and the inverter circuit may have higher output voltages to step down the multiphase output current, but the direct current conventionally mounted on automobiles is of remarkably low voltage. In order to match such a low voltage current to the output voltage of the inverter circuit, it is preferable to use a step-up chopper and to provide a reactor type step-down chopper whereby the relatively low voltage of the rechargeable battery is converted to or from the terminal voltage on the DC side of the inverter.

Der Mechanismus dieser Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Detektor, der elektrische Signale erfaßt entsprechend der Drehzahl der Kurbelwelle, und ein Steuergerät, das den wesentlichen Widerstandswert des Widerstands steuert auf einen größeren Wert, wenn die Drehzahl, erfaßt durch den Detektor, zunimmt.The mechanism of this invention is characterized by a detector that detects electrical signals corresponding to the rotational speed of the crankshaft, and a controller that controls the essential resistance value of the resistor to a larger value as the rotational speed detected by the detector increases.

Das Steuergerät umfaßt vorzugsweise einen schaltenden Halbleiterschaltkreis in Serienschaltung mit dem Widerstand und ein Schaltersteuergerät, das periodische Steuersignale an den schaltenden Halbleiterschaltkreis überträgt. Das schaltende Steuergerät umfaßt vorzugsweise einen Schaltkreis, der das Tastverhältnis der Steuersignale in Übereinstimmung mit dem Ausgang des Detektors ändern kann, während der Detektor vorzugsweise einen Schaltkreis umfaßt, der Änderungen in dem elektrischen Strom erfaßt, der durch den Widerstand fließt, entsprechend elektrischen Signalen, welche der Temperatur des Widerstandes entsprechen. Das Steuergerät ist vorzugsweise in einer Art und Weise strukturiert, daß nur dann, wenn der Detektorausgang einen vorbestimmten Pegel übersteigt, der äquivalente Wert des Widerstandes gesteuert wird, um auf einen höheren Wert zuzunehmen.The control device preferably comprises a switching semiconductor circuit in series with the resistor and a switch control device which transmits periodic control signals to the switching semiconductor circuit. The switching control device preferably comprises a circuit which can change the duty cycle of the control signals in accordance with the output of the detector, while the detector preferably comprises a circuit which detects changes in the electrical current flowing through the resistor in accordance with electrical signals corresponding to the temperature of the resistor. The control device is preferably structured in a manner that only when the detector output exceeds a predetermined level is the equivalent value of the resistor controlled to increase to a higher value.

Der Mechanismus gemäß dieser Erfindung umfaßt vorzugsweise einen Temperaturdetektor, der elektrische Signale erfaßt entsprechend der Temperatur des oben erwähnten Widerstandes, und ein Steuergerät, das den wesentlichen Wert des Widerstandes auf einen niedrigeren Pegel steuert, wenn die Temperatur des Widerstandes zunimmt entsprechend dem Ausgang des Detektors.The mechanism according to this invention preferably comprises a temperature detector which detects electrical signals corresponding to the temperature of the above-mentioned resistor, and a controller which controls the essential value of the resistor to a lower level when the temperature of the resistor increases according to the output of the detector.

Es ist bevorzugt, daß das Steuergerät einen schaltenden Halbleiterschaltkreis umfaßt in Serienschaltung mit dem Widerstand und ein schaltendes Steuergerät, das periodische EIN-AUS-Steuersignale auf den schaltenden Halbleiterschaltkreis überträgt. Das schaltende Steuergerät umfaßt einen Schaltkreis, der das Tastverhältnis der Signale ändern kann in Übereinstimmung mit dem Ausgang von dem Temperaturdetektor. Der Temperaturdetektor umfaßt einen Schaltkreis, der Änderungen im elektrischen Strom erfaßt, der den Widerstand durchfließt, in Form von elektrischen Signalen entsprechend der Temperatur des Widerstandes, und das Steuergerät umfaßt ein Mittel, das die wesentlichen Werte des Widerstandes entsprechend dem Ausgang von dem Detektor steuern kann.It is preferred that the control device comprises a switching semiconductor circuit connected in series with the resistor and a switching controller which transmits periodic ON-OFF control signals to the switching semiconductor circuit. The switching controller comprises a circuit which can change the duty cycle of the signals in accordance with the output from the temperature detector. The The temperature detector comprises a circuit which detects changes in the electric current flowing through the resistor in the form of electrical signals corresponding to the temperature of the resistor, and the control device comprises a means which can control the essential values of the resistor in accordance with the output from the detector.

Es ist ferner bevorzugt, daß dieser Mechanismus einen Detektor umfaßt, der elektrische Signale erfaßt in Übereinstimmung mit der Temperatur des Widerstandes, und ein Steuergerät, daß das umlaufende Magnetfeld steuert in Übereinstimmung mit dem Ausgang von dem Detektor, um so die Spannung zu erhöhen, erzeugt von der Mehrphasen-Käfigläufer- Induktionsmaschine. Das Steuergerät kann ein Mittel umfassen, das die Pulsbreite des elektrischen Stromes steuert, der der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine zuzuführen ist.It is further preferred that this mechanism comprises a detector that detects electrical signals in accordance with the temperature of the resistor, and a controller that controls the circulating magnetic field in accordance with the output from the detector so as to increase the voltage generated by the multi-phase squirrel cage induction machine. The controller may comprise means that controls the pulse width of the electrical current to be supplied to the multi-phase squirrel cage induction machine.

Der wesentliche Wert des Widerstandes sollte geändert werden in Übereinstimmung mit der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, um ein elektrisches Bremsen mit hohem Wirkungsgrad über eine lange Zeit über einen weiten Bereich von Drehzahlen zu bewirken. Wenn die Drehzahl niedrig ist, sollte der Widerstandswert klein sein, und mit zunehmender Drehzahl sollte der Widerstand größer werden. Dies kann realisiert werden durch Änderung der Anzapfungen des Widerstandes. Die Einrichtung für das Umschalten der Anzapfungen des Widerstandes erfordert jedoch eine Anzahl von schaltenden Schaltkreisen und Widerstandselementen mit hoher thermischer und Stromkapazität. Dies würde in unzweckmäßiger Weise die Abmessung und das Gewicht der Einrichtung vergrößern, die auf dem Kraftfahrzeug zu montieren ist. Es ist deshalb bevorzugt, einen Schaltkreis zu verwenden mit einem Widerstand niedrigen Wertes und einen schaltenden Halbleiterschaltkreis in Serienschaltung, so daß der wesentliche Widerstandswert verändert werden kann durch periodisches Schalten des schaltenden Halbleiterschaltkreises EIN und AUS zum Verändern des Tastverhältnisses desselben.The essential value of the resistance should be changed in accordance with the rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine in order to effect electrical braking with high efficiency for a long time over a wide range of rotational speeds. When the rotational speed is low, the resistance value should be small, and as the rotational speed increases, the resistance should become larger. This can be realized by changing the taps of the resistance. However, the means for switching the taps of the resistance requires a number of switching circuits and resistive elements with high thermal and current capacity. This would inconveniently increase the size and weight of the device to be mounted on the motor vehicle. It is therefore preferable to use a circuit having a low-value resistance and a switching semiconductor circuit in series, so that the essential resistance value can be changed by periodically switching the switching semiconductor circuit ON and OFF to change the duty cycle thereof.

Es ist außerdem bevorzugt, den Ausgang von dem Drehzahlsensor einzusetzen als elektrische Signale entsprechend der Drehzahl der Kurbelwelle. Gemäß dem Ausgang werden EIN-AUS-Steuersignale veränderbaren Tastverhältnisses dem schaltenden Halbleiterschaltkreis zugeführt, so daß mit zunehmendem Ausgang der wesentliche Wert des Widerstandes gesteuert werden kann, um auf einen größeren Wert gesetzt zu werden. Auf diese Weise kann die Anpassung des Leistungsgenerators und der Last verbessert werden in dem Bereich, wo die Drehzahl hoch ist und die erzeugte Spannung hoch ist. Dies vergrößert das Bremsmoment und dementsprechend kann das System angewandt werden auf ein elektrisches Bremssystem über einen breiten Bereich.It is also preferable to use the output from the speed sensor as electrical signals corresponding to the speed of the crankshaft. According to the output, ON-OFF control signals of variable duty cycle are supplied to the switching semiconductor circuit, so that as the output increases, the essential value of the resistance can be controlled to be set to a larger value. In this way, the matching of the power generator and the load can be improved in the region where the speed is high and the generated voltage is high. This increases the braking torque and accordingly the system can be applied to an electric braking system over a wide range.

Die von dem Widerstand umgesetzte Leistung P wird ausgedrückt alsThe power P dissipated by the resistor is expressed as

P = V²/RP = V²/R

wobei der Widerstandswert des Widerstandes R ist und die Gleichspannung des Widerstandes V ist. Wenn die elektrische Leistung kontinuierlich über eine lange Zeit mittels des Widerstandes umgesetzt wird, steigt die Temperatur des Widerstandes an und auch der Widerstandswert R erhöht sich. Wenn der Widerstandswert R gesteuert wird auf einen niedrigeren Pegel als wirksamen Wert, kann eine hohe umgesetzte Leistung über eine lange Zeit aufrechterhalten werden.where the resistance value of the resistor is R and the DC voltage of the resistor is V. When the electric power is continuously dissipated by the resistor over a long period of time, the temperature of the resistor rises and the resistance value R also increases. If the resistance value R is controlled to a lower level than the effective value, a high dissipated power can be maintained over a long period of time.

Genauer gesagt werden die Ausgangsspannung des Inverters und der elektrische Strom des Widerstandes überwacht, so daß, wenn der Strom durch den Widerstand zunimmt in Proportion zu der Spannung des Inverters, der wesentliche Widerstandswert des Widerstandes gesteuert wird, um zuzunehmen. Wenn der elektrische Strom abnimmt infolge der Wärme, erzeugt durch den Widerstand selbst, selbst dann, wenn die Spannung auf demselben Niveau bleibt, wird der wesentliche Widerstandswert des Widerstandes auf einen niedrigeren Pegel gesteuert.More specifically, the output voltage of the inverter and the electric current of the resistor are monitored so that when the current through the resistor increases in proportion to the voltage of the inverter, the essential resistance of the resistor is controlled to increase. When the electric current decreases due to the heat generated by the resistor itself, even if the voltage remains at the same level, the essential resistance of the resistor is controlled to a lower level.

Der Temperaturanstieg des Widerstandes wird am einfachsten erfaßt durch Überwachung, ob der den Widerstand durchfließende Strom kleiner wird, um so die Abnahme des elektrischen Stromes entsprechend der Zunahme der Temperatur zu erfahren.The rise in temperature of the resistor is most easily detected by monitoring whether the current flowing through the resistor decreases in order to detect the decrease in electrical current corresponding to the increase in temperature.

[KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN][BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS]

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm der Struktur einer Ausführungsform gemäß dieser Erfindung.Fig. 1 is a block diagram of the structure of an embodiment according to this invention.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung der Montageposition der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine, verwendet in der Ausführungsform dieser Erfindung.Fig. 2 is a schematic view showing the mounting position of the multi-phase squirrel cage induction machine used in the embodiment of this invention.

Fig. 3 und 4 sind mechanische Strukturdarstellungen der Struktur der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine, angewandt in der Ausführungsform dieser Erfindung.Figs. 3 and 4 are mechanical structural diagrams of the structure of the multi-phase squirrel cage induction machine applied in the embodiment of this invention.

Fig. 5 ist ein elektrisches Schaltungsdiagramm im Detail der Ausführungsform dieser Erfindung.Fig. 5 is an electrical circuit diagram in detail of the embodiment of this invention.

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht des Steuerrades und der Schalter der Ausführungsform dieser Erfindung.Fig. 6 is a perspective view of the steering wheel and the switches of the embodiment of this invention.

Fig. 7 ist ein Schaltungsdiagramm der Gleichspannungs- Leistungsquelle der Ausführungsform der Erfindung.Fig. 7 is a circuit diagram of the DC power source of the embodiment of the invention.

Fig. 8 ist ein Blockdiagramm einer anderen Struktur der Gleichspannungs-Leistungsquelle einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung.Fig. 8 is a block diagram of another structure of the DC power source of another embodiment of this invention.

Fig. 9 zeigt die Inverterausgangsspannung und das Bremsmoment entsprechend der Drehzahl in der Ausführungsform dieser Erfindung.Fig. 9 shows the inverter output voltage and braking torque according to the rotation speed in the embodiment of this invention.

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm für die Struktur der Gleichspannungs-Leistungsquelle der Ausführungsform dieser Erfindung.Fig. 10 is a block diagram for the structure of the DC power source of the embodiment of this invention.

Fig. 11 zeigt die Inverterausgangsspannung, das Bremsmoment, das Tastverhältnis und den wesentlichen Widerstandswert entsprechend der Drehzahl der Ausführungsform dieser Erfindung.Fig. 11 shows the inverter output voltage, braking torque, duty ratio and essential resistance value according to the rotational speed of the embodiment of this invention.

Fig. 12 zeigt den Wert des Widerstandes und des Tastverhältnisses entsprechend der Temperatur des Widerstandes und zeigt auch den wesentlichen Wert des Widerstandes entsprechend dem Tastverhältnis.Fig. 12 shows the value of resistance and duty cycle according to the temperature of the resistor, and also shows the essential value of resistance according to the duty cycle.

Fig. 13 zeigt den Wert des Widerstandes, die umgesetzte Leistung und die erzeugte Spannung entsprechend der Temperatur des Widerstandes.Fig. 13 shows the value of the resistor, the dissipated power and the generated voltage according to the temperature of the resistor.

Fig. 14 ist eine Steuermodelldarstellung eines schaltenden Steuergerätes bei der Ausführungsform dieser Erfindung.Fig. 14 is a control model diagram of a switching controller in the embodiment of this invention.

Fig. 15 ist ein Flußdiagramm für die Sequenz der Steuerung im Steuermodus der Ausführungsform dieser Erfindung.Fig. 15 is a flowchart for the sequence of control in the control mode of the embodiment of this invention.

Fig. 16 ist ein Flußdiagramm für die Sequenz der Steuerung im laufenden Modus der Ausführungsform dieser Erfindung.Fig. 16 is a flow chart for the sequence of control in the running mode of the embodiment of this invention.

Fig. 17 ist ein Flußdiagramm für die Sequenz der Steuerung in einem Hilfsantriebsmodus der Ausführungsform dieser Erfindung.Fig. 17 is a flowchart for the sequence of control in an auxiliary drive mode of the embodiment of this invention.

Fig. 18 ist ein Flußdiagramm für die Sequenz der Steuerung im Startmodus der Ausführungsform dieser Erfindung.Fig. 18 is a flowchart for the sequence of control in the start mode of the embodiment of this invention.

Fig. 19 ist eine strukturelle Darstellung, in der eine andere Ausführungsform dieser Erfindung auf der Frontseite der Brennkraftmaschine montiert ist.Fig. 19 is a structural diagram in which another embodiment of this invention is mounted on the front of the internal combustion engine.

Fig. 20 ist eine Strukturdarstellung, in der in einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung die Montage auf der Abtriebsseite des Getriebes erfolgt.Fig. 20 is a structural diagram showing the mounting on the output side of the transmission in another embodiment of this invention.

Fig. 21 ist eine Strukturdarstellung einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung, wobei die Montage auf der Einlaßseite der Hinterachse erfolgt.Fig. 21 is a structural diagram of another embodiment of this invention, wherein the mounting is on the intake side of the rear axle.

Fig. 22 ist eine Strukturdarstellung einer anderen Ausführungsform mit Montage auf der Kardanwelle zwischen dem Getriebe und der Hinterachse.Fig. 22 is a structural diagram of another embodiment mounted on the propeller shaft between the transmission and the rear axle.

In den Figuren ist mit 1 die Brennkraftmaschine bezeichnet, 2: die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine, 3: der Batteriewiederaufladeschaltkreis, 4: der Inverter, 5: das Invertersteuergerät, 6: der Drehzahlsensor, 7: der Kondensator, 11 und 11': Widerstände, 12: der schaltende Halbleiterschaltkreis, 12': der schaltende Schaltkreis, 13: der Detektor, 14 und 14': schaltende Steuergeräte und 15: der Detektor für den elektrischen Strom.In the figures, 1 denotes the internal combustion engine, 2: the multiphase squirrel cage induction machine, 3: the battery recharging circuit, 4: the inverter, 5: the inverter control unit, 6: the speed sensor, 7: the capacitor, 11 and 11': resistors, 12: the switching semiconductor circuit, 12': the switching circuit, 13: the detector, 14 and 14': switching control units and 15: the detector for the electric current.

[BEVORZUGTE AUSFüHRUNGSFORMEN][PREFERRED EMBODIMENTS]

Diese Erfindung wird nun beschrieben unter Bezugnahme auf eine in den beigefügten Zeichnungen dargestellte Ausführungsform.This invention will now be described with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm der elektrischen Struktur der Ausführungsform dieser Erfindung. Fig. 2 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung der Montageposition der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine, die in der Ausführungsform zu verwenden ist. Fig. 3 ist eine Ansicht der mechanischen Struktur der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine, teilweise in Explosionsdarstellung in einer Ebene parallel zum Zentrum der Maschinenkurbelwelle. Und Fig. 4 ist eine Ansicht zur Darstellung der mechanischen Struktur des Schnitts längs des Pfeiles IV-IV in Fig. 3.Fig. 1 is a block diagram of the electrical structure of the embodiment of this invention. Fig. 2 is a schematic view showing the mounting position of the multi-phase squirrel cage induction machine to be used in the embodiment. Fig. 3 is a view of the mechanical structure of the multi-phase squirrel cage induction machine, partially exploded in a plane parallel to the center of the engine crankshaft. And Fig. 4 is a view showing the mechanical structure of the section along the arrow IV-IV in Fig. 3.

Wie in diesen Figuren dargestellt, steht ein Rotor der Induktionsmaschine im Eingriff mit dem Schwungrad, während ein Stator an dem Schwungradgehäuse befestigt ist.As shown in these figures, a rotor of the induction machine is engaged with the flywheel, while a stator is attached to the flywheel housing.

Da diese umlaufende elektrische Induktionsmaschine eine Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine ist, ist die Struktur des Rotors sehr einfach und weist keine Bürsten auf. Im Vergleich mit der Maschine des konventionellen Induktionstyps ist der Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator der Induktionsmaschine dieser Erfindung größer, so daß die magnetische Reluktanz zwischen dem Rotor und dem Stator das Bremsverhalten nicht merkbar beeinflußt. Mit anderen Worten ist die Herstellungsgenauigkeit für den Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator nicht so stringent wie bei den Leistungsgeneratoren vom Induktortyp.Since this rotary electric induction machine is a multiphase squirrel cage induction machine, the structure of the rotor is very simple and has no brushes. Compared with the conventional induction type machine, the air gap between the rotor and the stator of the induction machine of this invention is larger, so that the magnetic reluctance between the rotor and the stator does not noticeably affect the braking performance. In other words, the manufacturing accuracy for the air gap between the rotor and the stator is not as stringent as in the inductor type power generators.

Der elektrische Aufbau dieser Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Das System umfaßt: eine Mehrphasen- Käfigläufer-Induktionsmaschine 2, deren Rotor direkt mit der Brennkraftmaschine 1 verbunden ist, eine wiederaufladbare Batterie 3, einen Inverter 4, der die Gleichspannung der wiederaufladbaren Batterie 3 in Wechselspannung einer Frequenz umsetzt, geeignet für das Induzieren eines umlaufenden Magnetfeldes mit einer Drehzahl, die niedriger ist als die Drehzahl der axialen Drehung der Induktionsmaschine 2, diesen der Induktionsmaschine zuführt und Wechselstrom von der Induktionsmaschine 2 in Gleichstrom umsetzt, und ein Invertersteuergerät 5, das Steuersignale erzeugt zum Setzen der Frequenz und der Spannung der Wechselstromseite des Inverters 4. Das Invertersteuergerät 5 umfaßt ein Mittel zum Erzeugen von Steuerbefehlen von dem Fahrer in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs.The electrical structure of this embodiment will now be described with reference to Fig. 1. The system comprises: a multiphase squirrel cage induction machine 2 whose rotor is directly connected to the internal combustion engine 1, a rechargeable battery 3, an inverter 4 which converts the direct current voltage of the rechargeable battery 3 into alternating current voltage of a frequency suitable for inducing a rotating magnetic field at a speed lower than the speed of axial rotation of the induction machine 2, supplies it to the induction machine and converts alternating current from the induction machine 2 into direct current, and an inverter controller 5 which generates control signals for setting the frequency and voltage of the alternating current side of the inverter 4. The inverter controller 5 comprises means for generating control commands from the driver in accordance with the operating conditions of the motor vehicle.

Ein Drehzahlsensor 6 ist an der Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 vorgesehen. Signale von dem Sensor 6 werden dem Invertersteuergerät 5 zugeführt und Information bezüglich des Ladezustands der wiederaufladbaren Batterie wird von der Batterie 3 als ein Eingang zugeführt.A speed sensor 6 is provided on the squirrel cage induction machine 2. Signals from the sensor 6 are supplied to the inverter controller 5 and information regarding the state of charge of the rechargeable battery is supplied from the battery 3 as an input.

Ein Kondensator 7 und ein schaltender Halbleiterschaltkreis 12 sind mit dem Ausgang des Inverters verbunden und ein Widerstand 11 ist daran angeschlossen über den schaltenden Halbleiterschaltkreis 12. Der Widerstand 11 setzt exzessive elektrische Energie um, wenn die elektrische Energie zu groß für die Wiedergewinnung ist, wenn sie durch Bremsen erzeugt wird.A capacitor 7 and a switching semiconductor circuit 12 are connected to the output of the inverter and a resistor 11 is connected thereto via the switching semiconductor circuit 12. The resistor 11 dissipates excessive electrical energy when the electrical energy is too large for recovery when generated by braking.

Ein Detektor 13 ist mit dem Schaltkreis 3 verbunden und der Schaltung 12 zum Erfassen der Ausgangsspannung des Inverters 4, während ein Stromdetektor 15 am Widerstand 11 vorgesehen ist zum Erfassen von Änderungen des elektrischen Stromes. Der Detektor 15 ist mit einem schaltenden Steuerschaltkreis 14 versehen, der den Halbleiterschalterschaltkreis 12 in Übereinstimmung mit den von ihm erfaßten Signalen steuert. Der Schaltkreis 14 ist verbunden mit dem Detektor 13.A detector 13 is connected to the switching circuit 3 and the circuit 12 for detecting the output voltage of the inverter 4, while a current detector 15 is provided on the resistor 11 for detecting changes in the electric current. The detector 15 is provided with a switching control circuit 14 which controls the semiconductor switch circuit 12 in accordance with the signals detected by it. The circuit 14 is connected to the detector 13.

Der mechanische Aufbau der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 4 erläutert.The mechanical structure of the multiphase squirrel cage induction machine 2 will now be explained with reference to Figs. 2 to 4.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 intern in einem Schwungrad 200 montiert, befestigt zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Getriebe 300. Genauer gesagt, wie in Fig. 3 gezeigt, sind in einem Raum, begrenzt von den Schwungradgehäusen 215 und 216 des Schwungrades 200, ein Statorkern 211 untergebracht, welcher Stator hauptsächlich eine Statorwicklung 212 umfaßt, eingefügt in einen Schlitz des Kerns 211, und ein Zuleitungsdraht 213, ein Rotorkern 221 und ein Rotor, der hauptsächlich eine Rotorstange 222 umfaßt, eingefügt in einen Schlitz des Kerns 221, und einen Haltering 224, angebracht an einem Endring 223 der Stange 222. Der Statorkern 211 sitzt in dem Statorring 214 und der Statorring 214 ist an den Schwungradgehäusen 215 und 216 befestigt. Der Rotorkern 221 seinerseits ist an der äußeren Peripherie des Schwungrads 225 befestigt, das von der Kurbelwelle 226 der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird.As shown in Fig. 2, the multiphase squirrel cage induction machine 2 is internally mounted in a flywheel 200 fixed between the internal combustion engine 1 and the transmission 300. More specifically, as shown in Fig. 3, in a space defined by the flywheel housings 215 and 216 of the flywheel 200, there are housed a stator core 211, which stator mainly comprises a stator winding 212 inserted into a slot of the core 211, and a lead wire 213, a rotor core 221 and a rotor mainly comprises a rotor rod 222, inserted into a slot of the core 221, and a retaining ring 224 attached to an end ring 223 of the rod 222. The stator core 211 sits in the stator ring 214, and the stator ring 214 is attached to the flywheel housings 215 and 216. The rotor core 221 in turn is attached to the outer periphery of the flywheel 225, which is driven by the crankshaft 226 of the internal combustion engine 1.

Der elektrische Betrieb der Ausführungsform wird unten beschrieben.The electrical operation of the embodiment is described below.

Der Rotor der Induktionsmaschine 2 wird angetrieben von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1, montiert auf einem Fahrzeug. Wenn das Fahrzeug gebremst wird, erhält durch Entladung der mechanischen Energie des rotierenden Systems die Statorwicklung der Mehrphasen- Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 eine Spannung mit einer Frequenz, die geeignet ist für das Induzieren eines umlaufenden Magnetfeldes einer Drehzahl, die niedriger ist als die Drehzahl des Rotors der Induktionsmaschine 2, von dem Inverter 4, dem Gleichspannungsleistung von der wiederaufladbaren Batterie 3 zugeführt wird. Diese Maschine 2 setzt die mechanische Energie des rotierenden Systems in elektrische Energie um, welche über den Inverter 4 in die Batterie 3 rückgespeist wird.The rotor of the induction machine 2 is driven by the crankshaft of the internal combustion engine 1 mounted on a vehicle. When the vehicle is braked, the stator winding of the multiphase generator receives the mechanical energy from the rotating system by discharging it. Squirrel cage induction machine 2 receives a voltage having a frequency suitable for inducing a rotating magnetic field of a speed lower than the speed of the rotor of the induction machine 2 from the inverter 4, which is supplied with DC power from the rechargeable battery 3. This machine 2 converts the mechanical energy of the rotating system into electrical energy, which is fed back into the battery 3 via the inverter 4.

Das Invertersteuergerät 5 enthält eine Einrichtung, die den Inverter 4 steuert, wobei das Maß der Steuerung abhängt von den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs.The inverter control unit 5 contains a device that controls the inverter 4, the degree of control depending on the operating conditions of the vehicle.

In Fällen, in denen ein hohes Bremsmoment unter bestimmten Fahrbedingungen in kurzer Periode erzeugt wird, ist es schwierig, die gesamte elektrische Energie, erzeugt von der Mehrphasen-Käfigläufer- Induktionsmaschine 2, der Batterie 3 zu rezyklisieren. Ein Teil dieser Energie wird deshalb als thermische Energie von dem Widerstand 11 umgesetzt, dessen Strom durch den schaltenden Halbleiterschaltkreis 12 gesteuert wird. Der schaltende Halbleiterschaltkreis 12 umfaßt einen Schaltkreis, der die Gleichspannungs-Klemmenspannung überwacht und den Widerstand 11 automatisch an beide Klemmen der Batterie 3 legt, wenn die Klemmenspannung einen vorbestimmten Pegel übersteigt.In cases where a high braking torque is generated in a short period under certain driving conditions, it is difficult to recycle all of the electrical energy generated by the multiphase squirrel cage induction machine 2 to the battery 3. Part of this energy is therefore converted as thermal energy by the resistor 11, the current of which is controlled by the switching semiconductor circuit 12. The switching semiconductor circuit 12 comprises a circuit which monitors the DC terminal voltage and automatically connects the resistor 11 to both terminals of the battery 3 when the terminal voltage exceeds a predetermined level.

Fig. 5 ist ein elektrisches Schaltungsdiagramm zur Darstellung dieser Ausführungsform in größeren Einzelheiten.Fig. 5 is an electrical circuit diagram showing this embodiment in more detail.

In dieser Ausführungsform ist die Mehrphasen-Käfigläufer- Induktionsmaschine 2 dreiphasig. Ein Inverter 4 legt die wiederaufladbare Batterie 3 an die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine 2. Die negative Klemme E der Batterie 3 ist verbunden mit dem gemeinsamen Potential des Kraftfahrzeugs.In this embodiment, the multiphase squirrel cage induction machine 2 is three-phase. An inverter 4 connects the rechargeable battery 3 to the multiphase squirrel cage induction machine 2. The negative terminal E of the battery 3 is connected to the common potential of the motor vehicle.

Der Inverter 4 umfaßt schaltende Elemente Qa, Qb, Qc, Qd, Qe und Qf, die zwischen die positiven und negativen Klemmen der Batterie 3 und jede der drei Klemmen der Induktionsmaschine 2 geschaltet sind. Diese schaltenden Elemente Qa, Qb, Qc, Qd, Qe und Qf umfassen Transistoren und Dioden, die zueinander parallel geschaltet sind, jedoch in entgegengesetzten Richtungen zwischen den Kollektoren und Emittern der Transistoren. Der Inverter 4 umfaßt einen EIN-AUS-Steuersignalgenerator PWM, der Steuersignale den Steuerelektroden jedes schaltenden Elements Qa, Qb, Qc, Qd, Qe und Qf zuführt.The inverter 4 comprises switching elements Qa, Qb, Qc, Qd, Qe and Qf connected between the positive and negative terminals of the battery 3 and each of the three terminals of the induction machine 2. These switching elements Qa, Qb, Qc, Qd, Qe and Qf comprise transistors and diodes connected in parallel to each other but in opposite directions between the collectors and emitters of the transistors. The inverter 4 comprises an ON-OFF control signal generator PWM, which supplies control signals to the control electrodes of each switching element Qa, Qb, Qc, Qd, Qe and Qf.

Der Inverter 4 dient dem Kraftfahrzeug und wurde speziell konstruiert, um diese Erfindung zu testen, doch ist die Basistechnologie desselben bekannt. Die Technik für das Steuern eines umlaufenden Magnetfeldes der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine gemäß der Drehung des Rotors ist eine Anwendung einer bekannten Technik, wie sie populär in Wechselstromhebezeugen und Kränen angewandt wird.The inverter 4 is for the automobile and was specially designed to test this invention, but the basic technology of the same is known. The technique for controlling a rotating magnetic field of the multiphase squirrel cage induction machine according to the rotation of the rotor is an application of a known technique popularly used in AC hoists and cranes.

Ein Drehzahlsensor 6 ist an der mehrphasigen Käfigläufer- Induktionsmaschine 2 oder der Brennkraftmaschine 1 montiert zum Erfassen der Umläufe der Kurbelwelle derselben und zum Abgeben von elektrischen Impulssignalen. Die Impulssignale, ausgesandt von dem Drehzahlsensor 6, werden in ein Analogsignal mittels eines Digital-Analog-Umsetzers DA1 umgesetzt, der die Drehzahl anzeigt. Das Analogsignal wird einer der Eingangsklemmen des Operationsverstärkers AMP zugeführt und eine Steuerreferenz entsprechend dem Schlupf, erzeugt durch den Digital-Analog- Umsetzer DA2, wird einem anderen Eingang des Verstärkers AMP zugeführt, wo diese beiden Signale subtrahiert oder addiert werden, abhängig von ihrer Polarität. Der Ausgang von dem Operationsverstärker AMP wird dem EIN-AUS-Steuergerät PWM zugeführt als Steuersignal für die Ausgangsfrequenz des Inverters 4. Über diese Schaltungsverbindungen wird eine negative Rückkopplungsregelschleife gebildet durch die Mehrphasen- Käfigläufer-Induktionsmaschine 2, den Drehzahlsensor 6, den Digital- Analog-Umsetzer DA1, den Operationsverstärker AMP und den Inverter 4.A speed sensor 6 is mounted on the multiphase squirrel cage induction machine 2 or the internal combustion engine 1 for detecting the revolutions of the crankshaft thereof and for outputting electrical pulse signals. The pulse signals emitted from the speed sensor 6 are converted into an analog signal by means of a digital-to-analog converter DA1 which indicates the speed. The analog signal is supplied to one of the input terminals of the operational amplifier AMP and a control reference corresponding to the slip generated by the digital-to-analog converter DA2 is supplied to another input of the amplifier AMP where these two signals are subtracted or added depending on their polarity. The output from the operational amplifier AMP is fed to the ON-OFF controller PWM as a control signal for the output frequency of the inverter 4. Through these circuit connections, a negative feedback control loop is formed by the multiphase squirrel cage induction machine 2, the speed sensor 6, the digital-analog converter DA1, the operational amplifier AMP and the inverter 4.

Die Steuerreferenz entsprechend dem Schlupf wird demgemäß subtrahiert oder addiert zu der negativen Rückkopplungsregelschleife. Signale für die Steuermittel, welche den Schlupf erzeugen, werden nun beschrieben. Die Steuermittel haben Schaltkreise, dargestellt im unteren linken Teil der Fig. 5, umfassend: einen Mikroprozessor CPU, eine Schnittstellenschaltung IO, ein Drehmomentsteuergerät Tq, Schalter A1 und A2, verbunden mit dem Gaspedal des Fahrzeugs, wo der Schalter A1 öffnet und Schalter A2 schließt, wenn das Gaspedal niedergedrückt wird, Schalter N1 und N2, welche beide offen sind in der Neutralposition des Getriebes, Schalter CL1 und CL2, die mit dem Kupplungspedal verbunden sind und beide offen sind, wenn das Kupplungspedal niedergedrückt wird, wobei der erste Schalter S1 von dem Fahrer manipuliert wird, der zweite Schalter S2 von dem Fahrer manipuliert wird, der Schalter KS mit dem Schlüsselstartschalter der Brennkraftmaschine 1 verbunden ist und mit einem Digital-Analog-Umsetzer DA2. Der Schalter S3 ist ein konventioneller Abgasbremsschalter, der mit dem Abgasbremsschaltkreis Ex verbunden ist.The control reference corresponding to the slip is accordingly subtracted or added to the negative feedback control loop. Signals for the control means which generate the slip will now be described. The control means have circuits shown in the lower left part of Fig. 5 comprising: a microprocessor CPU, an interface circuit IO, a torque controller Tq, switches A1 and A2 connected to the accelerator pedal of the vehicle, where switch A1 opens and switch A2 closes when the accelerator pedal is depressed, switches N1 and N2 which are both open in the neutral position of the transmission, switches CL1 and CL2 connected to the clutch pedal and both are open when the clutch pedal is depressed, the first switch S1 is manipulated by the driver, the second switch S2 is manipulated by the driver, the switch KS is connected to the key start switch of the internal combustion engine 1 and to a digital-to-analog converter DA2. The switch S3 is a conventional exhaust brake switch connected to the exhaust brake circuit Ex.

Der erste Schalter S1 dient der Anforderung von Zusatzbeschleunigung, während der zweite Schalter S2 die Anforderung für elektrisches Bremsen bewirkt. In dieser Ausführungsform sind diese Schalter S1 und S2 ausgelegt für Betätigung über einen Hebel L, der an der Steuersäule, wie in Fig. 6 dargestellt, montiert ist. Wenn der Hebel L auf OFF positioniert ist, sind beide Schalter S1 und S2 offen, und wenn er in die obere Position für Beschleunigung bewegt wird, ist der Schalter S1 geschlossen. Vier Positionen sind an der unteren Position für das Bremsen markiert und mehrere Kontakte, dargestellt beim Schalter S2 der Fig. 5, werden geschlossen gemäß der jeweils gewählten Position des Hebels L. Durch Verwendung der vier Bremspositionen kann der Fahrer das Ausmaß der elektrischen Bremsleistung wählen.The first switch S1 is for requesting additional acceleration, while the second switch S2 is for requesting electric braking. In this embodiment, these switches S1 and S2 are designed to be operated by a lever L mounted on the control column as shown in Fig. 6. When the lever L is positioned OFF, both switches S1 and S2 are open, and when it is moved to the upper position for acceleration, the switch S1 is closed. Four positions are marked at the lower position for braking, and several contacts, shown at switch S2 of Fig. 5, are closed according to the selected position of the lever L. By using the four braking positions, the driver can select the level of electric braking power.

Wenn der Hebel L in die obere Position für Beschleunigung verlagert wird, wird das Ausmaß der Beschleunigung bestimmt durch die Position des Gaspedals. Die Daten bezüglich der Position des Pedals werden geliefert an eine Klemme T1 in Fig. 5, welche sie zu dem Drehmomentsteuergerät Tq überträgt, welches Steuerdaten auf die Schnittstelle 10 überträgt. Die Schnittstelle IO empfängt außerdem den Ausgang von dem Temperatursensor H, montiert auf dem Widerstand 11, als einen Eingang.When the lever L is moved to the upper position for acceleration, the amount of acceleration is determined by the position of the accelerator pedal. The data regarding the position of the pedal are supplied to a terminal T1 in Fig. 5, which transmits them to the torque controller Tq, which transmits control data to the interface 10. The interface IO also receives the output from the temperature sensor H, mounted on the resistor 11, as an input.

Dieses experimentelle System unter Verwendung der vorgenannten Mechanismen hat eine Bremskraft von bis zu 100 HP erreicht und eine Antriebskraft von einigen zehn HP, wobei die Antriebskraft abhängt von den Charakteristiken der wiederaufladbaren Batterie. Dieses experimentelle Resultat verifiziert die Brauchbarkeit des Systems in hinreichendem Maße. In dieser Ausführungsform ist der Rotor der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 an dem Schwungrad der Brennkraftmaschine 1 befestigt. Der Durchmesser des Schwungradgehäuses beträgt etwa 700 mm.This experimental system using the above mechanisms has achieved a braking force of up to 100 HP and a driving force of several tens of HP, the driving force depending on the characteristics of the rechargeable battery. This experimental result sufficiently verifies the viability of the system. In this embodiment, the rotor of the multi-phase squirrel cage induction machine 2 is fixed to the flywheel of the internal combustion engine 1. The diameter of the flywheel housing is approximately 700 mm.

Die großen Komponenten unter diesen Teilen des Steuersystems für die obige Ausführungsform in Fig. 5 sind der Inverter 4 und die wiederaufladbare Batterie 3. Es ist zu bemerken, daß eine konventionelle Batterie für übliche Kraftfahrzeuge oder eine etwas größere Batterie als wiederaufladbare Batterie 3 ausgewählt werden können. Obwohl der Inverter 4 voluminöse Schalterelemente Qa, Qb, Qc, Qd, Qe und Qf aufweist, beträgt das Gesamtvolumen des Inverters des Testsystems etwa 80 Liter, was eine Bremskraft von etwa 150 HP erzeugen kann. Die Abmessungen waren klein genug, um an der Unterseite des Korpus eines mittelgroßen Lastkraftwagens montiert zu werden. Das Volumen kann reduziert werden durch zukünftige Entwicklungsanstrengungen. Der Inverter 4 umfaßt stationäre elektrische Teile ohne bewegliche Elemente, beispielsweise Schalterelemente Qa, Qb, Qc, Qd, Qe und Qf, die in der Lage sind, an unterschiedlichen Stellen des Fahrzeugs installiert zu werden. Es ist dadurch möglich, praktische Formen für verschiedene Typen von Kraftfahrzeugen zu konstruieren.The major components among these parts of the control system for the above embodiment in Fig. 5 are the inverter 4 and the rechargeable battery 3. It is to be noted that a conventional battery for common automobiles or a slightly larger battery can be selected as the rechargeable battery 3. Although the inverter 4 has bulky switch elements Qa, Qb, Qc, Qd, Qe and Qf, the total volume of the inverter of the test system is about 80 liters, which can generate a braking force of about 150 HP. The dimensions were small enough to be mounted on the bottom of the body of a medium-sized truck. The volume can be reduced by future development efforts. The inverter 4 comprises stationary electrical parts without movable elements, for example, switch elements Qa, Qb, Qc, Qd, Qe and Qf, which are capable of being installed at different locations of the vehicle. This makes it possible to construct practical shapes for different types of motor vehicles.

Das Fahrverhalten des Systems ist ähnlich dem Fahren eines Fahrzeugs mit einem konventionellen Abgasbremssystem und es wird verifiziert, daß ein brauchbares Fahrverhalten genügend erreicht wird.The driving behavior of the system is similar to driving a vehicle with a conventional exhaust braking system and it is verified that a usable driving behavior is sufficiently achieved.

Da die umlaufende elektrische Maschine dieses Systems vom Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionstyp ist, ist das Rotormittel sehr einfach in der Struktur und es ist dauerhaft leicht und weist keine reibungsbehafteten Teile, wie Bürsten, auf. Im Experiment wurde der Spalt zwischen Rotor und Stator in dem System auf etwa das Doppelte des Abstandes wie bei konventionellen Induktortypen gesetzt. Es zeigte sich, daß das Versuchssystem mit dem großen Spalt keine besonderen Probleme aufwirft und daß sogar ein noch breiterer Spalt möglich ist. Es ist deshalb festzustellen, daß diese Erfindung weniger strenge Herstellungsgenauigkeit erfordert und deshalb sehr vorteilhaft für die Massenproduktion ist. Es wurde auch festgestellt, daß die Käfigläuferstruktur beinahe kein magnetisches Rauschen von dem Rotor erzeugt und daß das Rauschen des Stators deutlich niedriger liegt als das von konventionellen Induktortypverzögerern.Since the rotating electric machine of this system is of the multiphase squirrel cage induction type, the rotor means is very simple in structure and it is durable and has no frictional parts such as brushes. In the experiment, the gap between the rotor and stator in the system was set to about twice the distance of the conventional inductor type. It was found that the experimental system with the large gap poses no special problems and that even a wider gap is possible. It is therefore found that this invention requires less strict manufacturing accuracy and is therefore very advantageous for mass production. It was also found that the squirrel cage structure generates almost no magnetic noise from the rotor and that the noise of the stator is significantly lower than that of conventional inductor type retarders.

Obwohl in der obigen Ausführungsform eine Käfigläufer-Induktionsmaschine mit drei Phasen verwendet wird, kann es möglich sein, Mehrphasenmaschinen größerer Anzahl von Phasen zu verwenden. Durch Erhöhen der Anzahl von Phasen kann der elektrische Strom für eine Phase herabgesetzt werden. Dies ist vorteilhafter für kleinere Kraftfahrzeuge, wo Teile des Inverters innerhalb unterschiedlicher Räume des Fahrzeugs verteilt werden.Although in the above embodiment a squirrel cage induction machine with three phases is used, it may be possible to use multiphase machines with a larger number of phases. By increasing the number of phases, the electric current for one phase can be reduced. This is more advantageous for smaller motor vehicles, where parts of the inverter are distributed within different spaces of the vehicle.

Der elektrische Betrieb und die Steuerung des Inverters 4 werden nun beschrieben.The electrical operation and control of the inverter 4 are now described.

Wenn für das umlaufende System Bremskraft benötigt wird, gibt das Invertersteuergerät 5 Steuersignale für das Erzeugen der Drehzahl des magnetischen Feldes aus, die kleiner ist als die mechanische Drehzahl des Rotors der Induktionsmaschine 2, erfaßt vom Sensor 6. Zu diesem Zeitpunkt arbeitet die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 als ein Leistungsgenerator, und die erzeugte elektrische Energie wird in Gleichspannungsenergie durch den Inverter 4 umgesetzt, und die Gleichspannungsenergie wird der wiederaufladbaren Batterie 3 zugeführt. Wenn das Bremsmoment zu hoch ist, um von der Batterie 3 absorbiert zu werden, nimmt die Klemmenspannung der Batterie 3 zu, um den vorbestimmten Pegel zu übersteigen, und der schaltende Halbleiterschaltkreis 12 wird geschlossen zum Anschließen der Klemme der Batterie 3 an den Widerstand 11.When braking power is required for the rotating system, the inverter controller 5 outputs control signals for generating the rotational speed of the magnetic field which is smaller than the mechanical rotational speed of the rotor of the induction machine 2 detected by the sensor 6. At this time, the multiphase squirrel cage induction machine 2 operates as a power generator, and the generated electric energy is converted into DC energy by the inverter 4, and the DC energy is supplied to the rechargeable battery 3. When the braking torque is too high to be absorbed by the battery 3, the terminal voltage of the battery 3 increases to exceed the predetermined level, and the switching semiconductor circuit 12 is closed to connect the terminal of the battery 3 to the resistor 11.

Wenn für das umlaufende System Antriebskraft benötigt wird, gibt das Invertersteuergerät 5 Steuersignale aus für das Erzeugen der Drehzahl des Magnetfeldes, die höher ist als die mechanische Drehzahl des Rotors der Induktionsmaschine 2, erfaßt vom Sensor 6. Zu dieser Zeit wird der wiederaufladbaren Batterie 3 Gleichstrom entnommen. Der Gleichstrom wird umgesetzt in mehrphasigen Wechselstrom entsprechend dem Drehfeld mittels des Inverters 4 und wird der Mehrphasen-Käfigläufer- Induktionsmaschine 2 zugeführt.When driving power is required for the rotating system, the inverter control device 5 outputs control signals for generating the rotational speed of the magnetic field which is higher than the mechanical rotation speed of the rotor of the induction machine 2 detected by the sensor 6. At this time, direct current is taken from the rechargeable battery 3. The direct current is converted into multiphase alternating current according to the rotating field by means of the inverter 4 and is supplied to the multiphase squirrel cage induction machine 2.

Je größer die Differenz zwischen der Drehzahl des magnetischen Drehfeldes und der axialen Drehzahl ist, desto größer wird das Bremsmoment beziehungsweise die Antriebskraft. In dieser Ausführungsform ist das Verhältnis der Differenz gegenüber der Drehzahl des magnetischen Drehfeldes, d. h. der Schlupf der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine, beschränkt auf innerhalb ±-10%.The greater the difference between the speed of the magnetic rotating field and the axial speed, the greater the braking torque or the driving force. In this embodiment, the ratio of the difference to the speed of the magnetic Rotating field, ie the slip of the multiphase squirrel cage induction machine, limited to within ±-10%.

Es erfolgt nun eine Beschreibung der Steuerung bezüglich der Ladung der wiederaufladbaren Batterie. Der Inverter 4 wird mit Steuersignalen von dem Invertersteuergerät 5 angespeist für das Induzieren eines umlaufenden Magnetfeldes entsprechend der Drehzahl des Rotors auf dem Stator der Induktionsmaschine 2. Das Invertersteuergerät 5 wird gespeist mit den Drehzahldaten vom Sensor 6 und mit den Daten bezüglich des Ladezustandes der Batterie 3. Das Invertersteuergerät 5 umfaßt einen Mikroprozessor. Das Invertersteuergerät 5 umfaßt ein Mittel zum Aufgreifen der Betriebssteuersignale, die sich durch Manipulation des Fahrers ändern.A description will now be given of the control relating to the charging of the rechargeable battery. The inverter 4 is supplied with control signals from the inverter controller 5 for inducing a rotating magnetic field corresponding to the speed of the rotor on the stator of the induction machine 2. The inverter controller 5 is supplied with the speed data from the sensor 6 and with the data relating to the state of charge of the battery 3. The inverter controller 5 comprises a microprocessor. The inverter controller 5 comprises a means for picking up the operating control signals which change due to manipulation by the driver.

Wie oben beschrieben, kann der Inverter 4 Energie von den Gleichspannungsklemmen an die Wechselspannungsklemmen liefern, wie auch Energie von den Wechselspannungsklemmen an die Gleichspannungsklemmen. Der Inverter kann ferner die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 als einen mehrphasigen Motor betätigen durch Steuern der Drehzahl des magnetischen Drehfeldes in Abhängigkeit von dem Steuersignal von dem Invertersteuergerät 5, und die Induktionsmaschine 2 überträgt Antriebskraft auf die drehende Welle. Dadurch arbeitet die Induktionsmaschine 2 als ein Hilfsantriebsgerät für die Brennkraftmaschine 1. Zu diesem Zweck wird die in der Batterie 3 gespeicherte elektrische Energie eingesetzt.As described above, the inverter 4 can supply power from the DC terminals to the AC terminals, as well as power from the AC terminals to the DC terminals. The inverter can further operate the multiphase squirrel cage induction machine 2 as a multiphase motor by controlling the speed of the rotating magnetic field in accordance with the control signal from the inverter controller 5, and the induction machine 2 transmits driving power to the rotating shaft. Thus, the induction machine 2 works as an auxiliary driving device for the internal combustion engine 1. For this purpose, the electric energy stored in the battery 3 is used.

Herkömmlicherweise wird der Ladestrom für eine wiederaufladbare Batterie eines Kraftfahrzeuges von einem Generator geliefert, angetrieben von der Brennkraftmaschine, und das Laden wird solange fortgesetzt, solange die Brennkraftmaschine umläuft. Wenn die gespeicherte Energie verbraucht wird durch die Betätigung des Startermotors oder anderer Anlagen, wird der Ladestrom zu der Batterie gesteuert, um in möglichst kurzer Zeit den vollständig geladenen Zustand bezüglich der Nennkapazität zu erreichen.Conventionally, the charging current for a rechargeable battery of a motor vehicle is supplied by a generator driven by the engine, and charging is continued as long as the engine is running. When the stored energy is consumed by operating the starter motor or other equipment, the charging current to the battery is controlled to reach the fully charged state with respect to the rated capacity in the shortest possible time.

Bei der Technik jedoch, wo die für das Bremsen erzeugte Energie als elektrische Energie rezyklisiert wird und verwendet wird als eine Hilfsleistung für das Antreiben des Fahrzeugs, wie oben beschrieben, kann man nicht effektiv die Bremsenergie wiedergewinnen, um den Brennstoffwirkungsgrad zu verbessern, wenn die wiederaufladbare Batterie konstant bei einem vollständig geladenen Zustand bezüglich der Nennkapazität gehalten wird. Wenn die Zielkapazität für das Aufladen auf einen der niedrigen Pegel relativ zu der Nennkapazität gesetzt wird, wird andererseits die gespeicherte Energie verbraucht, wenn der Startermotor wiederholt betätigt wird, wie dies unter bestimmten Fahrbedingungen vorkommt.However, in the technique where the energy generated for braking is recycled as electrical energy and used as an auxiliary power for propelling the vehicle, as described above, one cannot effectively recover the braking energy to to improve the fuel efficiency when the rechargeable battery is constantly kept at a fully charged state relative to the rated capacity. On the other hand, if the target capacity for charging is set to one of the low levels relative to the rated capacity, the stored energy is consumed when the starter motor is repeatedly operated as occurs under certain driving conditions.

In dieser Erfindung wird deshalb die Zielkapazität für das Laden der wiederaufladbaren Batterie ausgewählt so, daß sie kleiner ist als die Nennkapazität unter Normalbedingungen. Die Zielkapazität muß abhängen von verschiedenen Bedingungen, wie dem Bremsverhalten, den Fahrbedingungen, der Nennladekapazität einer wiederaufladbaren Batterie und der Temperatur. Die Zielkapazität kann 50 bis 70% der Nennkapazität betragen.In this invention, therefore, the target capacity for charging the rechargeable battery is selected to be smaller than the rated capacity under normal conditions. The target capacity must depend on various conditions such as braking performance, driving conditions, rated charging capacity of a rechargeable battery, and temperature. The target capacity may be 50 to 70% of the rated capacity.

Wenn die elektrische, rezyklisierte und geladene Energie ansteigt, um das obige vorgewählte Zielniveau zu übersteigen, gibt das System einen Alarm ab und nötigt den Fahrer, die Hilfsantriebskraft einzusetzen. Dann wird elektrische Energie der Mehrphasen-Käfigläufer- Induktionsmaschine 2 zugeführt durch die Manipulation des Fahrers, und ihr effektiver Nutzen wird erreicht.When the electric energy recycled and charged increases to exceed the above preset target level, the system issues an alarm and urges the driver to use the auxiliary driving force. Then, electric energy is supplied to the multi-phase squirrel cage induction machine 2 by the driver's manipulation, and its effective use is achieved.

Bezüglich der Information über den Ladezustand der wiederaufladbaren Batterie, welche dem Invertersteuergerät 5 zuzuführen ist, verwendet diese Erfindung ein Verfahren zum Überwachen der Klemmenspannung der Batterie zwecks Diskriminierung. Dieses Verfahren ist nicht präzise, jedoch brauchbar. Um die Genauigkeit zu verbessern, kann das System Verfahren einsetzen, um entweder die Dichte der Batterieflüssigkeit zu überwachen oder die elektrische Ladung und Entladung der Batterie zu messen und zu berechnen.Regarding the information on the state of charge of the rechargeable battery to be supplied to the inverter controller 5, this invention uses a method of monitoring the terminal voltage of the battery for discrimination. This method is not precise, but is useful. To improve accuracy, the system may employ methods to either monitor the density of the battery fluid or to measure and calculate the electrical charge and discharge of the battery.

Das System kann ein Verfahren verwenden für das Verringern des Brennstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine durch Warnen des Fahrers, daß die geladene Elektrizität in der Batterie exzessiv ist und ihn nötigt, die Hilfsantriebskraft einzusetzen. Ein anderes Verfahren, das verwendet werden kann, besteht darin, in das Invertersteuergerät 5 einen Mikroprozessor zu integrieren, der Information darüber erhält, daß die geladene Energie den vorgewählten Zielpegel übersteigt, und der automatisch die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 steuert, als ein Motor zu arbeiten, und zwar sogar während des normalen Fahrbetriebes in Übereinstimmung mit der niedergedrückten Stellung des Gaspedals.The system may use a method for reducing the fuel consumption of the internal combustion engine by warning the driver that the charged electricity in the battery is excessive and requires him to use the auxiliary power. Another method that may be used is to integrate into the inverter control unit 5 a microprocessor that receives information that the charged energy exceeds the preselected target level, and which automatically controls the multi-phase squirrel cage induction machine 2 to operate as a motor even during normal driving in accordance with the depressed position of the accelerator pedal.

Die Steuerung für das elektrische Bremsen und die Hilfsbeschleunigung gemäß der Erfindung wird unten beschrieben.The control for electric braking and auxiliary acceleration according to the invention is described below.

Wie in Fig. 5 gezeigt, sind eine wiederaufladbare Batterie 3, die Serienschaltung eines Widerstandes 11 und eines schaltenden Halbleiterschaltkreises 12 mit den Gleichspannungsklemmen E1 und E2 des Inverters 4 verbunden. Ein Steuergerät CT1 ist verbunden mit der Steuerelektrode des schaltenden Halbleiterschaltkreises 12.As shown in Fig. 5, a rechargeable battery 3, the series connection of a resistor 11 and a switching semiconductor circuit 12 are connected to the DC terminals E1 and E2 of the inverter 4. A control device CT1 is connected to the control electrode of the switching semiconductor circuit 12.

In dieser Ausführungsform ist das Steuergerät CT1 unabhängig von dem Steuersystem einschließlich des vorerwähnten Mikroprozessors CPU1, so daß, wenn die Spannung zwischen den Klemmen E1 und E2 den Zielpegel übersteigt, der Halbleiterschalter 12 automatisch betätigt wird. Ein Temperatursensor H ist an dem Widerstand 11 vorgesehen, der in Serie liegt mit dem Halbleiterschalter 12, und der Ausgang vom Sensor H wird der Schnittstellenschaltung 10 zugeführt. Wenn die Temperatur des Widerstandes 11 den vorgewählten Wert übersteigt, kann der Schlupf des magnetischen Drehfeldes verringert werden, wodurch das Bremsmoment herabgesetzt wird.In this embodiment, the control device CT1 is independent of the control system including the aforementioned microprocessor CPU1, so that when the voltage between the terminals E1 and E2 exceeds the target level, the semiconductor switch 12 is automatically operated. A temperature sensor H is provided on the resistor 11 which is in series with the semiconductor switch 12, and the output from the sensor H is supplied to the interface circuit 10. When the temperature of the resistor 11 exceeds the preselected value, the slip of the rotating magnetic field can be reduced, thereby reducing the braking torque.

Die Betriebsspannung zwischen den Klemmen E1 und E2 liegt im Bereich von 300-600 V. In dieser Ausführungsform wird ein Schaltkreis, dargestellt in Fig. 7, verwendet, um die obige Spannung an die Spannung der Batterie mit 24 V anzupassen, die konventionelle Batteriespannung größerer Kraftfahrzeuge. Die Klemmen E1 und E2 in Fig. 7 sind verbunden mit den Klemmen E1 und E2 in Fig. 5. Der Kondensator C1 ist mit den Klemmen E1 und E2 verbunden. Die Nennspannung der Batterie B beträgt 24 V. Der Kondensator C2 ist mit der Batterie B verbunden. Zwischen der positiven Klemme der Batterie B und der Klemme E1 liegt eine Serienschaltung einer Reaktanz L und einer Diode D2 für die Unterdrückung von Gegenstrom. Zwischen die Verbindung der Reaktanz L mit der Diode D2 und die Klemme E2 ist der Kollektoremitterkreis des Transistors Q2 geschaltet. Ein Kollektoremitterkreis des Transistors Q3 liegt parallel zur Diode D2.The operating voltage between terminals E1 and E2 is in the range of 300-600 V. In this embodiment, a circuit shown in Fig. 7 is used to adapt the above voltage to the voltage of the battery of 24 V, the conventional battery voltage of larger automobiles. Terminals E1 and E2 in Fig. 7 are connected to terminals E1 and E2 in Fig. 5. Capacitor C1 is connected to terminals E1 and E2. The nominal voltage of battery B is 24 V. Capacitor C2 is connected to battery B. Between the positive terminal of battery B and terminal E1 is a series connection of a reactance L and a diode D2 for suppressing reverse current. Between the connection of reactance L with diode D2 and terminal E2 is connected the collector-emitter circuit of transistor Q2. A collector-emitter circuit of the transistor Q3 is connected in parallel to the diode D2.

Wie in der unteren Hälfte der Fig. 7 gezeigt, umfaßt diese Schaltung zwei Komparatoren CP1 und CP2 sowie ein Steuergerät CT2 zum Zuführen eines steuernden Impulses zu den Transistoren Q2 und Q3, mit Dr beziehungsweise Br bezeichnet. Der Transistor Q2 wird verwendet, wenn die Induktionsmaschine 2 als ein Motor arbeitet. Der Transistor Q3 wird verwendet, wenn die Induktionsmaschine 2 als Generator arbeitet. Das Steuergerät CT2 empfängt als Eingang die Betriebsdaten des ersten und zweiten Schalters S1 beziehungsweise S2, die unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben wurden. Der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 werden von dem Fahrer betätigt, und der erste Schalter S1 wird geschlossen für Zusatzbeschleunigung, während der zweite Schalter S2 geschlossen wird für elektrisches Bremsen.As shown in the lower half of Fig. 7, this circuit comprises two comparators CP1 and CP2 and a controller CT2 for supplying a controlling pulse to the transistors Q2 and Q3, designated Dr and Br respectively. The transistor Q2 is used when the induction machine 2 operates as a motor. The transistor Q3 is used when the induction machine 2 operates as a generator. The controller CT2 receives as input the operating data of the first and second switches S1 and S2 respectively, which were described with reference to Fig. 5. The first switch S1 and the second switch S2 are operated by the driver and the first switch S1 is closed for auxiliary acceleration while the second switch S2 is closed for electrical braking.

Wenn der erste Schalter S1 betätigt wird und die Mehrphasen- Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 als Motor arbeitet, wählt das Steuergerät CT2 die Klemme Dr. Durch Setzen eines viel kürzeren Impulses als der Wiederholungsperiode an der Klemme Dr des Transistors Q2 wird die Spannung der Batterie B während einer kurzen Zeitperiode an die Reaktanz L angelegt und nachfolgend wird eine Hochspannung erzeugt. Die Summe der Spannung an den beiden Klemmen der Reaktanz L und die Klemmenspannung der Batterie 3 wird dem Kondensator C1 über die Diode D2 zugeführt. Die Klemmenspannung des Kondensators C1 wird die Gleichspannungs-Leistungsquellenspannung für die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine 2, wenn sie als Motor arbeitet. Die Gleichspannungs-Leistungsquellenspannung wird verglichen mit der Referenzspannung Er2 mittels des Komparators CP2, und die Impulsbreite und Wiederholungsperiode desselben werden nachgestellt zum Halten der Spannung in dem voreingestellten Bereich.When the first switch S1 is operated and the multi-phase squirrel cage induction machine 2 operates as a motor, the controller CT2 selects the terminal Dr. By applying a much shorter pulse than the repetition period to the terminal Dr of the transistor Q2, the voltage of the battery B is applied to the reactance L for a short period of time and subsequently a high voltage is generated. The sum of the voltage at the two terminals of the reactance L and the terminal voltage of the battery 3 is supplied to the capacitor C1 through the diode D2. The terminal voltage of the capacitor C1 becomes the DC power source voltage for the multi-phase squirrel cage induction machine 2 when it operates as a motor. The DC power source voltage is compared with the reference voltage Er2 by means of the comparator CP2, and the pulse width and repetition period thereof are adjusted to keep the voltage in the preset range.

Wenn der zweite Schalter S2 betätigt wird, damit die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 als ein Generator arbeitet, wählt das Steuergerät CT2 die Klemme Br. Zu diesem Zeitpunkt werden periodische Impulse der Steuereingangsklemme Br des Transistors Q3 zugeführt, um intermittierend den Transistor Q3 zu betätigen. Diese intermittierende Betätigung bildet eine intermittierend geschlossene Schleife zwischen dem Kondensator C1 (Klemmen E1 und E2), Kondensator C2, der Reaktanz L und dem Transistor Q3, um so Energie in der Reaktanz L zu speichern. Wenn die Energie in der Reaktanz L zunimmt und die Klemmenspannung der Reaktanz L größer wird als die Klemmenspannung der Batterie B, wird eine geschlossene Schleife in entgegengesetzter Richtung des Stromes gebildet zwischen der Reaktanz L, der Batterie B und der Diode D3 zum Ermöglichen des Fließens elektrischen Stromes und zum Laden der Batterie B. Die Klemmenspannung der Batterie B und die Klemmenspannung des Kondensators C2 werden verglichen mit der Referenzspannung Er1 durch den Komparator CP1, und die Pulsbreite und die Wiederholungsperiode desselben werden nachgestellt zum Halten der Spannung in dem voreingestellten Bereich.When the second switch S2 is operated to make the multiphase squirrel cage induction machine 2 operate as a generator, the control device CT2 selects the terminal Br. At this time, periodic pulses are supplied to the control input terminal Br of the transistor Q3 to intermittently operate the transistor Q3. This intermittent operation forms an intermittently closed Loop between the capacitor C1 (terminals E1 and E2), capacitor C2, the reactance L and the transistor Q3 so as to store energy in the reactance L. When the energy in the reactance L increases and the terminal voltage of the reactance L becomes larger than the terminal voltage of the battery B, a closed loop in the opposite direction of the current is formed between the reactance L, the battery B and the diode D3 to allow electric current to flow and charge the battery B. The terminal voltage of the battery B and the terminal voltage of the capacitor C2 are compared with the reference voltage Er1 by the comparator CP1, and the pulse width and the repetition period thereof are adjusted to keep the voltage in the preset range.

Die Betriebsmoden des Mechanismus können grob in drei Gruppen klassifiziert werden;The operating modes of the mechanism can be roughly classified into three groups;

(1) Generatormodus (die Induktionsmaschine arbeitet als ein Generator)(1) Generator mode (the induction machine works as a generator)

(2) Antriebsmodus (die Induktionsmaschine arbeitet als ein Motor)(2) Drive mode (the induction machine works as a motor)

(3) Stopmodus (der Rotor stoppt)(3) Stop mode (the rotor stops)

In dem Generatormodus (1) arbeitet die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 als ein Leistungsgenerator, und dieser Modus wird weiter unterteilt in zwei Kategorien;In the generator mode (1), the multiphase squirrel cage induction machine 2 operates as a power generator, and this mode is further divided into two categories;

(1)a Bremsmodus(1)a Braking mode

(1)b Laufmodus.(1)b Running mode.

Im Bremsmodus (1)a, welches der Modus ist, wo das Fahrzeug abgebremst wird, wird eine große Menge an Energie durch die Mehrphasen- Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 erzeugt, von der ein Teil durch die Batterie B wiedergewonnen wird, von der jedoch das meiste über den Widerstand 11 umgesetzt wird. In diesem Modus (1)a wird der Schlupf des magnetischen Drehfeldes, das der Induktionsmaschine 2 zuzuführen ist, gesteuert, um negativ auf hohem Pegel zu bleiben. Dieser Modus wird bestimmt durch den Fahrer, der den zweiten Schalter S2 schließt. Er wird gesteuert zum Erzeugen eines zunehmend größeren Bremsmoments durch Schließen der Kontakte des zweiten Schalters S2 in aufeinanderfolgenden Schritten.In braking mode (1)a, which is the mode where the vehicle is braked, a large amount of energy is generated by the multiphase squirrel cage induction machine 2, part of which is recovered by the battery B, but most of which is dissipated via the resistor 11. In this mode (1)a, the slip of the rotating magnetic field to be supplied to the induction machine 2 is controlled to remain negative at a high level. This mode is determined by the driver closing the second switch S2. It is controlled to generate an increasingly larger braking torque by closing the contacts of the second switch S2 in successive steps.

Der Laufmodus (1)b ist der Modus für die normale Fahrt des Wagens, wo eine relativ kleine Energiemenge durch die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 erzeugt wird, womit allmählich, jedoch kontinuierlich die wiederaufladbare Batterie B geladen wird. In diesem Modus ist der Schlupf des magnetischen Drehfeldes, das der Induktionsmaschine 2 zuzuführen ist, gesteuert, um negativ und gering zu sein. Wenn der erste und der zweite Schalter offen sind, wird der Steuermodus automatisch in diesen Modus versetzt.The running mode (1)b is the mode for normal running of the car, where a relatively small amount of energy is generated by the multiphase squirrel cage induction machine 2, gradually but continuously charging the rechargeable battery B. In this mode, the slip of the rotating magnetic field to be supplied to the induction machine 2 is controlled to be negative and small. When the first and second switches are open, the control mode is automatically set to this mode.

Der Antriebsmodus (2) kann weiter unterteilt werden inThe drive mode (2) can be further divided into

(2)a Hilfsantriebsmodus und(2)a Auxiliary drive mode and

(2)b Startmodus.(2)b Start mode.

Im Modus (2)a arbeitet die Induktionsmaschine 2 als ein Motor, um der Brennkraftmaschine 1 zusätzliche Antriebskraft zuzuführen, wenn ein zusätzliches Maschinendrehmoment benötigt wird für das Anfahren oder für die Bergauffahrt. Dies wird realisiert durch Steuern des Schlupfes der Induktionsmaschine so, daß er positiv wird über die Betätigung des ersten Schalters S1 durch den Fahrer. Der Schlupf wird gesteuert in Übereinstimmung mit dem Wert, erzeugt von der Momentsteuereinheit Tq entsprechend dem Druck, der auf das Gaspedal ausgeübt wird. In diesem Modus wird ein Teil des Antriebsmoments des Fahrzeugs von der Induktionsmaschine geliefert.In mode (2)a, the induction machine 2 operates as a motor to supply additional driving power to the internal combustion engine 1 when additional engine torque is required for starting or for climbing a hill. This is realized by controlling the slip of the induction machine to become positive via the driver's operation of the first switch S1. The slip is controlled in accordance with the value generated by the torque control unit Tq corresponding to the pressure exerted on the accelerator pedal. In this mode, part of the vehicle's driving torque is supplied by the induction machine.

Im Startmodus (2)b, wenn die Brennkraftmaschine 1 vom angehaltenen Zustand aus betätigt wird, wird die Drehkraft von der Induktionsmaschine 2 geliefert anstatt von dem konventionellen Gleichstrom-Startermotor. Für diesen Zweck wird ein langsam umlaufendes Magnetfeld, wie etwa 200 UpM der Induktionsmaschine 2 zugeführt. Dies eliminiert die Notwendigkeit für einen Startermotor, Ritzelgetriebe, Magnetschalter und andere Einbauteile, die normalerweise für das Starten benötigt werden.In the starting mode (2)b, when the internal combustion engine 1 is operated from the stopped state, the rotational power is supplied from the induction machine 2 instead of the conventional DC starter motor. For this purpose, a low-speed magnetic field such as about 200 rpm is supplied to the induction machine 2. This eliminates the need for a starter motor, pinion gear, magnetic switch and other components normally required for starting.

In dem obigen Generatormodus (1) liefert das System das magnetische Drehfeld mit einer Drehzahl, die geringer ist als die aktuelle Drehzahl des Rotors, oder einen negativen Schlupf für die Induktionsmaschine 2. Die Induktionsmaschine 2 arbeitet als ein Generator, und der elektrische Strom für das magnetische Drehfeld wird geliefert über die Transistorteile der Schalterelemente Qa, Qb, Qc, Qd, Qe und Qf. Die von der Induktionsmaschine 2 erzeugte elektrische Energie wird der Batterie 3 rezyklisiert über die Diodenteile der Schalterelemente Qa, Qb, Qc, Qd, Qe und Qf. Wenn ein hohes Bremsmoment zeitweilig benötigt wird, und wenn die erzeugte Energie zu groß wird, um wiedergewonnen zu werden, steigt die Klemmenspannung der Batterie 3 und der Halbleiterschalter 12 schließt sich, um die Energie von dem Widerstand 11 in thermische Energie umzusetzen. Wenn die thermische Energie auf einem hohen Wert in dem Widerstand bleibt, wird der Schlupf des umlaufenden Magnetfeldes gesteuert durch den Ausgang von dem Temperatursensor H, um sich zu verringern, und die Bremskraft wird reduziert, um das System innerhalb eines sicheren Arbeitsbereichs zu halten.In the above generator mode (1), the system supplies the rotating magnetic field at a speed lower than the current speed of the rotor, or a negative slip for the induction machine 2. The induction machine 2 operates as a generator, and the electric current for the rotating magnetic field is supplied via the Transistor parts of the switching elements Qa, Qb, Qc, Qd, Qe and Qf. The electrical energy generated by the induction machine 2 is recycled to the battery 3 via the diode parts of the switching elements Qa, Qb, Qc, Qd, Qe and Qf. When a high braking torque is temporarily required and when the energy generated becomes too large to be recovered, the terminal voltage of the battery 3 increases and the semiconductor switch 12 closes to convert the energy from the resistor 11 into thermal energy. When the thermal energy remains at a high value in the resistor, the slip of the circulating magnetic field is controlled by the output from the temperature sensor H to decrease and the braking force is reduced to keep the system within a safe operating range.

Beim obigen Antriebsmodus (2) erhält die Induktionsmaschine 2 einen positiven Schlupf, wodurch die Drehzahl des magnetischen Drehfeldes größer wird als die des Rotors der Induktionsmaschine 2. Dies macht die Induktionsmaschine 2 zu einem Motor, der Drehkraft auf die Kurbelwelle der Maschine 1 überträgt.In the above drive mode (2), the induction machine 2 obtains a positive slip, which makes the speed of the rotating magnetic field greater than that of the rotor of the induction machine 2. This makes the induction machine 2 a motor that transmits rotational power to the crankshaft of the machine 1.

Es soll nun beschrieben werden, wie der Widerstandswert des Widerstandes 11 gesteuert wird, der thermische Energie in dem System umsetzt.It will now be described how the resistance value of the resistor 11, which converts thermal energy in the system, is controlled.

Verschiedene Tests wurden bei der obigen Ausführungsform ausgeführt, und die Erfinder haben festgestellt, daß, wenn das Fahrzeug über eine bestimmte hohe Drehzahl der Maschine hinaus läuft und wenn das System im Bremsmodus betrieben wird, das Bremsmoment plötzlich extrem niedrig wird. Die Erfinder haben dieses Phänomen im einzelnen studiert und festgestellt, daß es vermieden werden kann durch Auswählen des Wertes des umsetzenden Widerstandes 11. Genauer gesagt, wenn die Induktionsmaschine als ein Generator betrieben wird und wenn deren Drehzahl sehr hoch ist, wird die Ausgangsspannung plötzlich reduziert im Bereich eines kleineren Magnetfeldes, um dadurch die Ausgangsleistung von dem Generator abzusenken. Das bedeutet, daß in dieser Situation die umgesetzte Leistung (V²/R) in dem niedrigen Wert des Widerstandes 11 den Ausgang des Generators übersteigt. Um dies zu vermeiden, sollte der Wert des Widerstandes 11 geändert werden entsprechend der Drehzahl zum Zeitpunkt des Bremsens. Fig. S zeigt eine Ausführungsform der Steuerschaltung, um diesen Zweck zu erreichen.Various tests were carried out on the above embodiment, and the inventors found that when the vehicle is running beyond a certain high speed of the engine and when the system is operated in the braking mode, the braking torque suddenly becomes extremely low. The inventors studied this phenomenon in detail and found that it can be avoided by selecting the value of the converting resistor 11. More specifically, when the induction machine is operated as a generator and when its speed is very high, the output voltage is suddenly reduced in the region of a smaller magnetic field to thereby lower the output power from the generator. That is, in this situation, the converted power (V²/R) in the low value of the resistor 11 exceeds the output of the generator. To avoid this, the value of the resistor 11 should be changed according to the speed at the time of braking. Fig. 5 shows an embodiment of the control circuit to achieve this purpose.

Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform einer Schaltung darstellt, die die Drehzahl der Kurbelwelle erfaßt und den Widerstandswert des Widerstandes 11 steuert. Die Schaltung kann aufgebaut werden wie folgt: Einfügen eines Widerstandes 11' mit EIN-AUS- Schaltern SW1, SW2 und SW3, die Widerstandswerte von R1, R2 beziehungsweise R3 zwischen den Klemmen E1 und E2 des Inverters 4 auswählen können, Anschließen eines Schaltersteuergeräts 14', welches die EIN-AUS- Schalter SW1, SW2 und SW3 steuert, und Anschließen eines Detektors 13, der die Ausgangsspannung erfaßt und ein Signal zu dem Steuergerät 14' überträgt.Fig. 8 is a block diagram showing an embodiment of a circuit that detects the rotational speed of the crankshaft and controls the resistance value of the resistor 11. The circuit can be constructed as follows: inserting a resistor 11' having ON-OFF switches SW1, SW2 and SW3 that can select resistance values of R1, R2 and R3, respectively, between the terminals E1 and E2 of the inverter 4, connecting a switch controller 14' that controls the ON-OFF switches SW1, SW2 and SW3, and connecting a detector 13 that detects the output voltage and transmits a signal to the controller 14'.

Die Erfinder haben verschiedene Tests bei der obigen Ausführungsform durchgeführt und festgestellt, daß der steuerbare Bereich ausgedehnt werden kann durch Schalten der EIN-AUS-Schalter SW1, SW2 und SW3 in Übereinstimmung mit den Signalen, die erfaßt werden in Beziehung zu der Drehzahl.The inventors have conducted various tests on the above embodiment and found that the controllable range can be expanded by switching the ON-OFF switches SW1, SW2 and SW3 in accordance with the signals detected in relation to the rotational speed.

Fig. 9(a) und 9(b) zeigen die Ausgangsspannung und das Bremsmoment des Inverters in Beziehung zur Drehzahl. Wie in Fig. 9(a) gezeigt, wird der Widerstand erhöht als R3, R2 und R1, während die Drehzahl zunimmt. Auf diese Weise kann die Inverterausgangsspannung bei einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten werden. Darüber hinaus verringert sich zwar das Bremsmoment geringfügig, wenn die Drehzahl zunimmt, doch bleibt das Bremsmoment bei einem praktisch hinreichenden Pegel. Es hat sich demgemäß gezeigt, daß der Widerstandswert geändert werden sollte, um das Bremsen über einen weiten Bereich ausführen zu können.Fig. 9(a) and 9(b) show the output voltage and braking torque of the inverter in relation to the speed. As shown in Fig. 9(a), the resistance is increased as R3, R2 and R1 as the speed increases. In this way, the inverter output voltage can be maintained at a substantially constant value. Moreover, although the braking torque decreases slightly as the speed increases, the braking torque remains at a practically sufficient level. Accordingly, it has been found that the resistance value should be changed in order to be able to perform braking over a wide range.

Nach weiteren Forschungen erkannten die Erfinder ein besseres Verfahren, gemäß welchem das Tastverhältnis (das Verhältnis zwischen der Zeit, in der der Schalter EIN ist gegenüber der EIN-AUS-Periode) zur Steuerung des Halbleiterschalters geändert wird, wenn die Ausgangsspannung von dem Inverter 4 einen vorbestimmten Pegel übersteigt und der wesentliche Wert des Widerstandes 11 effektiv verändert werden kann.After further research, the inventors discovered a better method according to which the duty ratio (the ratio between the time the switch is ON versus the ON-OFF period) for controlling the semiconductor switch is changed when the output voltage from the inverter 4 exceeds a predetermined level and the essential value of the resistor 11 can be effectively changed.

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur dieser Schaltung darstellt, wobei die Klemmen E1 und E2 mit den Klemmen E1 und E2 der Fig. 5 verbunden sind. In dieser Ausführungsform umfaßt die Schaltung: einen Kondensator 7, verbunden mit den Klemmen E1 und E2 des Inverters 4, einen Widerstand 11 niedrigen Wertes, dem ein elektrischer Strom, erzeugt in der Statorwicklung der Induktionsmaschine 2, über den Inverter 4 zugeführt wird, einen Halbleiterschalter 12, angeschlossen zwischen dem Widerstand 11 und dem Inverter 4 für das Schalten der Schaltung, einen Detektor 13, der die anliegende Spannung von dem Inverter 4 erfaßt, ein Schaltersteuergerät 14, das den Wirkwert des Widerstandes 11 steuert, um zuzunehmen, wenn der von der Schaltung 13 und dem Drehzahlsensor 6 erfaßte Ausgang ansteigt, und einen elektrischen Stromdetektor 15, vorgesehen an dem Widerstand 11, der die Änderungen des elektrischen Stromes erfaßt und Erfassungssignale an das Schaltersteuergerät 14 ausgibt.Fig. 10 is a block diagram showing the structure of this circuit with terminals E1 and E2 connected to terminals E1 and E2 of Fig. 5. In this embodiment, the circuit comprises: a capacitor 7 connected to terminals E1 and E2 of inverter 4, a low-value resistor 11 to which an electric current generated in the stator winding of induction machine 2 is supplied via inverter 4, a semiconductor switch 12 connected between resistor 11 and inverter 4 for switching the circuit, a detector 13 which detects the applied voltage from inverter 4, a switch controller 14 which controls the effective value of resistor 11 to increase as the output detected by circuit 13 and speed sensor 6 increases, and an electric current detector 15 provided on resistor 11 which detects the changes in electric current and outputs detection signals to switch controller 14.

Der Schaltkreis der wiederaufladbaren Batterie 3 umfaßt die wiederaufladbare Batterie 31, eine Reaktanz 32, einen Halbleiterschalter 33 und ein Steuergerät 34.The circuit of the rechargeable battery 3 includes the rechargeable battery 31, a reactance 32, a semiconductor switch 33 and a control device 34.

Der Betrieb des Systems der obigen Struktur wird nun beschrieben. Die Beschreibung erfolgt primär unter Bezugnahme auf die Steuerung des Widerstandes 11 durch das Erfassen der Spannung vom Inverter 4.The operation of the system of the above structure will now be described. The description will be made primarily with reference to the control of the resistor 11 by detecting the voltage from the inverter 4.

Wenn das umlaufende Magnetfeld einer Drehzahl entsprechend einem Generator der Statorwicklung der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 zugeführt wird, deren Welle mit der Kurbelwelle der Maschine 1 gekuppelt ist, wird in der Statorwicklung Wechselstrom erzeugt. Dieser Wechselstrom wird in Gleichstrom umgesetzt durch den Inverter 4 und wird an die Klemmen E1 und E2 angelegt.When the rotating magnetic field of a speed corresponding to a generator is supplied to the stator winding of the multiphase squirrel cage induction machine 2, the shaft of which is coupled to the crankshaft of the machine 1, alternating current is generated in the stator winding. This alternating current is converted into direct current by the inverter 4 and is applied to the terminals E1 and E2.

Der Detektor 13 erfaßt die Spannung und überträgt ein Signal zu dem Schaltersteuergerät 14. Wenn die erfaßte Ausgangsspannung den vorgegebenen Pegel übersteigt, steuert das Schaltersteuergerät 14 den Widerstand 11 durch Übertragung von EIN-AUS-Steuersignalen zu dem Halbleiterschalter 12, um den Wirkwert des Widerstandes 11 zu vergrößern.The detector 13 detects the voltage and transmits a signal to the switch controller 14. When the detected output voltage exceeds the predetermined level, the switch controller 14 controls the resistor 11 by transmitting ON-OFF control signals to the semiconductor switch 12 to increase the effective value of the resistor 11.

Die Fig. 11(a), 11(b), 11(c) und 11(d) zeigen die Beziehung zwischen der Drehzahl der Kurbelwelle der Maschine 1 und dem Gleichspannungsausgang, dem Bremsmoment, dem Tastverhältnis und dem wirksamen Widerstandswert des Inverters 4.Figs. 11(a), 11(b), 11(c) and 11(d) show the relationship between the rotational speed of the crankshaft of the engine 1 and the DC voltage output, the braking torque, the duty ratio and the effective Resistance value of inverter 4.

Wie in Fig. 11 gezeigt, nimmt mit zunehmender Drehzahl der Maschine 1 von null bis zu einem bestimmten Wert der Drehzahl Nc1 das Bremsmoment ab, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 11(b) angedeutet. Wenn die Drehzahl von null bis zum Punkt Nc2 reicht, der geringfügig unter Nc1 liegt, erkennt der Detektor 13 die entsprechende Ausgangsspannung Vc und überträgt das Erfassungssignal zum Schaltersteuergerät 14. In Übereinstimmung mit den Erfassungssignalen überträgt das Schaltersteuergerät 14 zu dem Halbleiterschalter 12 EIN-AUS-Befehle. Im Ergebnis nimmt das Tastverhältnis des Halbleiterschalters 12 ab in Verfolgung der Zunahme der Drehzahl und die EIN-AUS-Steuersignale mit verringertem Tastverhältnis, wie in Fig. 11(c) gezeigt, werden zu dem Halbleiterschalter 12 übertragen.As shown in Fig. 11, as the rotation speed of the engine 1 increases from zero to a certain value of the rotation speed Nc1, the braking torque decreases as indicated by the dashed lines in Fig. 11(b). When the rotation speed reaches from zero to the point Nc2 which is slightly lower than Nc1, the detector 13 detects the corresponding output voltage Vc and transmits the detection signal to the switch controller 14. In accordance with the detection signals, the switch controller 14 transmits ON-OFF commands to the semiconductor switch 12. As a result, the duty ratio of the semiconductor switch 12 decreases in pursuit of the increase in rotation speed, and the ON-OFF control signals with the duty ratio reduced as shown in Fig. 11(c) are transmitted to the semiconductor switch 12.

Infolge des Betriebs des Halbleiterschalters 12 gemäß dem EIN-AUS-Steuersignal nimmt der Wirkwiderstandswert des Widerstandes 11 zu, wie in Fig. 11(d) gezeigt. Dies verbessert die Anpassung zwischen dem Generator und seiner Last in dem Bereich, wo die Drehzahl hoch ist. Und diese Verbesserung verbreitert den Anwendungsbereich der elektrischen Bremse für diesen Mechanismus.As a result of the operation of the semiconductor switch 12 according to the ON-OFF control signal, the effective resistance value of the resistor 11 increases as shown in Fig. 11(d). This improves the matching between the generator and its load in the region where the rotation speed is high. And this improvement broadens the application range of the electric brake for this mechanism.

Die Erfinder haben ferner festgestellt, daß eine Ansprechverzögerung auftritt, wenn die Steuerung mit dem erfaßten Ausgang der Invertergleichspannung allein erfolgt. Deshalb wird die Drehzahl der Maschine 1, erfaßt durch den Sensor 6, dem Steuergerät vorher zugeführt und eine Hilfssteuerung oder eine Tastverhältnissteuerung gemäß der Drehzahl wird ausgeführt, wie in Fig. 11(c) gezeigt. Nachdem die Invertergleichspannung erfaßt worden ist, wird das Steuerschema korrigiert durch die vorerwähnte EIN-AUS-Steuerung. Dies erstreckt den Bereich stabiler Bremsmomente noch weiter.The inventors have further found that a response delay occurs when the control is performed with the detected output of the inverter DC voltage alone. Therefore, the rotational speed of the engine 1 detected by the sensor 6 is supplied to the controller in advance, and an auxiliary control or a duty control according to the rotational speed is carried out, as shown in Fig. 11(c). After the inverter DC voltage is detected, the control pattern is corrected by the aforementioned ON-OFF control. This further extends the range of stable braking torques.

Die Ergebnisse der verschiedenen Tests haben ferner ein anderes Problem offenbart, obwohl dieses Problem weniger wichtig ist als das obige. Wenn das elektrische Bremsen kontinuierlich für eine lange Zeit angewandt wird, steigt die Temperatur des Widerstandes 11 an und erhöht so seinen Widerstand, was gleichzeitig allmählich das Bremsmoment absenkt. Dieses Problem kann im wesentlichen gelöst werden durch Verwenden eines Widerstandes mit einem niedrigeren Temperaturkoeffizienten, doch ist es in der Praxis schwierig, einen preiswerten Widerstand mit niedrigem Temperaturkoeffizienten zu bekommen. Deshalb sollte der wirksame Widerstandswert des Widerstandes 11 abgesenkt werden durch Verwendung des vorerwähnten Schaltkreises, wenn er für das Bremsen über einen längeren Zeitraum zum Einsatz kommt.The results of the various tests have further revealed another problem, although this problem is less important than the above. When the electric braking is applied continuously for a long time, the temperature of the resistor 11 rises and thus increases its resistance, which at the same time gradually lowers the braking torque. This problem can be substantially solved by using a resistor having a lower temperature coefficient, but it is difficult in practice to obtain an inexpensive resistor having a low temperature coefficient. Therefore, the effective resistance value of the resistor 11 should be lowered by using the above-mentioned circuit when it is used for braking for a long period of time.

Für diesen Zweck haben die Erfinder versucht, den wirkenden Wert des Widerstandes 11 zu steuern durch Erfassen des elektrischen Stroms, der den Widerstand 11 durchfließt. Bei diesem Verfahren wird der wirksame Wert gesteuert, wenn der Strom kleiner wird im Vergleich mit der Gleichspannung, die an den Widerstand angelegt wird. Die Erfinder haben auch ein anderes Verfahren versucht, um den wirksamen Wert des Widerstandes 11 zu steuern durch Bereitstellen eines Temperatursensors am Widerstand 11. Bei dieser Methode wird die Steuerung ausgeführt, wenn der Ausgang von dem Sensor eine höhere Temperatur als einen vorbestimmten Wert zeigt.For this purpose, the inventors have attempted to control the effective value of the resistor 11 by detecting the electric current flowing through the resistor 11. In this method, the effective value is controlled as the current becomes smaller in comparison with the DC voltage applied to the resistor. The inventors have also attempted another method to control the effective value of the resistor 11 by providing a temperature sensor to the resistor 11. In this method, the control is carried out when the output from the sensor shows a temperature higher than a predetermined value.

Wenn das Bremsen fortgesetzt wird und der Umsatz der elektrischen Leistung für einen langen Zeitraum erfolgt, steigt die Temperatur des Widerstandes 11 an. Der Detektor 15 erfaßt den Temperaturanstieg im Widerstand 11 in Form von elektrischem Strom und überträgt den Detektorausgang zu einem Schaltersteuergerät 14. Das Schaltersteuergerät 14 liefert EIN-AUS-Steuersignale, welche das Tastverhältnis zu dem Halbleiterschalter 12 ändern, so daß der wirksame Wert des Widerstandes 11 auf einem niedrigen Wert gehalten werden kann.When braking is continued and the conversion of electric power is carried out for a long period of time, the temperature of the resistor 11 rises. The detector 15 detects the temperature rise in the resistor 11 in the form of electric current and transmits the detector output to a switch controller 14. The switch controller 14 supplies ON-OFF control signals which change the duty cycle to the semiconductor switch 12 so that the effective value of the resistor 11 can be maintained at a low value.

Fig. 12(a) zeigt die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Widerstandswert, Fig. 12(b) die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Tastverhältnis und Fig. 12(c) die Beziehung zwischen dem Tastverhältnis und dem wirksamen Widerstandswert.Fig. 12(a) shows the relationship between the temperature and the resistance value, Fig. 12(b) the relationship between the temperature and duty ratio, and Fig. 12(c) the relationship between the duty ratio and the effective resistance value.

Wenn die Temperatur des Widerstandes 11 zunimmt, steigt der Widerstandswert an, wie mit der gestrichelten Linie in Fig. 12(a) gezeigt, und die elektrische Leistung, die vom Widerstand 11 in thermische Energie umgesetzt wird, nimmt ab. Das Tastverhältnis andererseits wird gesteuert, um zuzunehmen mit dem Temperaturanstieg, wie in Fig. 12(b) gezeigt. Der wirksame Widerstandswert nimmt ab mit der Zunahme des Tastverhältnisses, wie in Fig. 12(c) gezeigt.When the temperature of the resistor 11 increases, the resistance value increases as shown by the dashed line in Fig. 12(a), and the electric power converted into thermal energy by the resistor 11 decreases. The duty ratio, on the other hand, is controlled to increase with the temperature increase as shown in Fig. 12(b). The effective resistance value decreases with the increase of the duty cycle, as shown in Fig. 12(c).

Die Zunahme der Temperatur des Widerstandes 11 wird als elektrische Signale durch den Detektor 15 erfaßt und diese Signale werden zu dem Schaltersteuergerät 14 übertragen, so daß ein EIN-AUS-Steuersignal zu dem Halbleiterschalter 12 übertragen wird für die Erhöhung des Tastverhältnisses, und der Widerstandswert wird im wesentlichen so abgesenkt, wie durch die ausgezogene Linie in Fig. 12(a) gezeigt. Dies ermöglicht die Umsetzung einer hohen elektrischen Leistung über eine längere Zeit, um so das Bremsmoment aufrechtzuerhalten.The increase in temperature of the resistor 11 is detected as electrical signals by the detector 15 and these signals are transmitted to the switch controller 14 so that an ON-OFF control signal is transmitted to the semiconductor switch 12 for increasing the duty ratio and the resistance value is substantially lowered as shown by the solid line in Fig. 12(a). This enables the realization of a large electric power for a long time so as to maintain the braking torque.

Der Inverter 4 kann auch gesteuert werden mit elektrischen Signalen, welche die Temperaturzunahme des Widerstandes 11 erfassen in der folgenden Weise. Wenn in Fig. 1 die Induktionsmaschine 2 als ein Generator arbeitet, wird Wechselstrom in der Statorwicklung der Induktionsmaschine erzeugt. Er wird mittels des Inverters 4 in Gleichstrom umgesetzt und an den Widerstand 11 angelegt für die Umsetzung elektrischer Leistung. Wenn die Umsetzung der elektrischen Leistung über längere Zeit anhält, steigt die Temperatur des Widerstandes 11 an. Der Detektor 15 erfaßt die Temperaturzunahme am Widerstand 11 aus seinem elektrischen Strom und überträgt den erfaßten Ausgang zu dem Invertersteuergerät 5. Das Invertersteuergerät 5 kann die Pulsbreite steuern, um die Ausgangsspannung des Inverters zu erhöhen. Das Invertersteuergerät 5 kann auch die Drehzahl des Magnetfeldes der Induktionsmaschine steuern, um die Ausgangsspannung des Inverters zu vergrößern.The inverter 4 can also be controlled with electrical signals which detect the temperature increase of the resistor 11 in the following manner. In Fig. 1, when the induction machine 2 operates as a generator, alternating current is generated in the stator winding of the induction machine. It is converted into direct current by the inverter 4 and applied to the resistor 11 for the conversion of electrical power. If the conversion of electrical power continues for a long time, the temperature of the resistor 11 rises. The detector 15 detects the temperature increase of the resistor 11 from its electrical current and transmits the detected output to the inverter controller 5. The inverter controller 5 can control the pulse width to increase the output voltage of the inverter. The inverter controller 5 can also control the speed of the magnetic field of the induction machine to increase the output voltage of the inverter.

Fig. 13(a), 13(b) und 13(c) zeigen die Beziehung der Temperaturzunahme zum Widerstandswert (R), zur umgesetzten Leistung (P) und zur erzeugten Spannung (V).Fig. 13(a), 13(b) and 13(c) show the relationship of temperature increase with resistance value (R), dissipated power (P) and generated voltage (V).

Wenn die Temperatur im Widerstand 11 ansteigt, wie in Fig. 13(a) gezeigt, erhöht sich der Widerstandswert (R) des Widerstands 11 und die umgesetzte elektrische Leistung nimmt ab, wie mit der gestrichelten Linie in Fig. 13(b) angedeutet. Der Detektor 15 erfaßt die Temperaturzunahme im Widerstand 11 in Form elektrischer Signale, und die Spannung (V), erzeugt durch den Inverter 4, wird erhöht durch das Invertersteuergerät 5 entsprechend der Temperatur, um auf diese Weise den Leistungsumsatz auf einem hohen Pegel aufrechtzuerhalten, wie mit der ausgezogenen Linie in Fig. 13(b) gezeigt.When the temperature in the resistor 11 increases as shown in Fig. 13(a), the resistance value (R) of the resistor 11 increases and the converted electric power decreases as indicated by the dashed line in Fig. 13(b). The detector 15 detects the temperature increase in the resistor 11 in the form of electric signals, and the voltage (V) generated by the inverter 4 is increased by the inverter controller 5 according to the temperature, so as to maintain the power conversion at a high level as shown in the solid line in Fig. 13(b).

Der Betrieb und die Struktur von anderen Ausführungsformen als den oben beschriebenen sind identisch bezüglich Fig. 1 und 5. Aus Gründen der Vereinfachung wurden überlappende Beschreibungen weggelassen.The operation and structure of embodiments other than those described above are identical with respect to Figs. 1 and 5. For the sake of simplification, overlapping descriptions have been omitted.

Wie oben beschrieben, umfaßt die Steuerung des Widerstandswertes des Widerstandes 11 mehrere Faktoren. Es ist deshalb erforderlich für das Schaltersteuergerät 14, dargestellt in Fig. 10, in der Lage zu sein, den Widerstandswert optimal zu steuern unter Berücksichtigung einer Anzahl von Faktoren. Ein Steuermodell ist in Fig. 14 dargestellt für die Ausführungsform des Schaltersteuergeräts 14. Das Schaltersteuergerät 14 wird in der Praxis realisiert durch ein programmiertes Steuergerät, dargestellt in Fig. 14. In dem Modell wird die Eingangsgleichspannung Vdc überwacht durch einen Komparator im Hauptsteuersystem, und wenn die Spannung den vorbestimmten Pegel übersteigt (entsprechend der oben erwähnten Vc), wird ein EIN-AUS-Steuersignal ausgegeben, um die Gleichspannung Vdc in Übereinstimmung mit Vc zu bringen. Das erste Hilfssteuersystem ist vorgesehen, wo die Eingangsdrehzahl überwacht wird und verglichen wird mit einer abgespeicherten Tabelle, und wenn die Drehzahl den vorbestimmten Pegel erreicht hat (entsprechend den obigen Nc2), wird ein EIN-AUS-Steuersignal ausgegeben. Das Hauptsteuersystem ist mit dem Hilfssteuersystem über eine UND-Schaltung verknüpft.As described above, the control of the resistance value of the resistor 11 involves several factors. It is therefore necessary for the switch controller 14 shown in Fig. 10 to be able to optimally control the resistance value taking into account a number of factors. A control model is shown in Fig. 14 for the embodiment of the switch controller 14. The switch controller 14 is in practice realized by a programmed controller shown in Fig. 14. In the model, the input DC voltage Vdc is monitored by a comparator in the main control system, and when the voltage exceeds the predetermined level (corresponding to the above-mentioned Vc), an ON-OFF control signal is output to bring the DC voltage Vdc into agreement with Vc. The first auxiliary control system is provided where the input speed is monitored and compared with a stored table, and when the speed has reached the predetermined level (corresponding to Nc2 above), an ON-OFF control signal is output. The main control system is connected to the auxiliary control system via an AND circuit.

Es gibt einen weiteren Faktor für die Steuerung beim Temperaturanstieg im Widerstand 11. Der Faktor wird gesteuert durch Ausgabe von Steuersignalen, wenn entweder der Eingang vom Temperatursensor (nicht dargestellt), vorgesehen am Widerstand 11, oder mit dem erfaßten Strom durch den Widerstand 11 oder alternativ durch das Verfahren der Korrektur des Steuerausgangs von dem obigen ersten Hilfssteuersystem vorgesehen ist.There is another factor for controlling the temperature rise in the resistor 11. The factor is controlled by issuing control signals when either the input from the temperature sensor (not shown) provided on the resistor 11 or with the detected current through the resistor 11 or alternatively by the method of correcting the control output from the above first auxiliary control system.

Um diese Operationen auszuführen, werden Steuerprogramme vorbereitet für den Mikroprozessor CPU der Fig. 5, wie in Fig. 15-18 als Flußdiagramme gezeigt. Fig. 15 zeigt ein Flußdiagramm im Bremsmodus, Fig. 16 im Laufmodus, Fig. 17 im Hilfsantriebsmodus und Fig. 18 im Startmodus. In Fig. 15- ist die Steuerung durch den Temperatursensor oder durch den Stromsensor, was Änderungen des Widerstandswertes kompensiert, weggelassen.To carry out these operations, control programs are prepared for the microprocessor CPU of Fig. 5 as shown in Fig. 15-18 as flow charts. Fig. 15 shows a flow chart in braking mode, Fig. 16 in running mode, Fig. 17 in auxiliary drive mode and Fig. 18 in starting mode. In Fig. 15-, the control by the temperature sensor is or by the current sensor, which compensates for changes in the resistance value.

Wie oben gezeigt, kann diese Erfindung koordinierte Steuerung ausführen durch Erfassen der Drehzahl der Hauptwelle der Brennkraftmaschine 1 und der Ausgangsspannung vom Inverter 4 und durch Ändern des Tastverhältnisses von EIN-AUS-Steuersignalen, die dem Halbleiterschalter 12 zuzuführen sind, basierend auf dem erfaßten Ausgang, so daß das Bremsmoment über einen weiten Bereich aufrechterhalten werden kann. Wenn Leistung während langer Zeit umgesetzt wird und die Temperatur im Widerstand 11 ansteigt, erfaßt diese Erfindung den elektrischen Strom entsprechend der Temperaturänderung und ändert das Tastverhältnis der EIN- AUS-Steuersignale, die dem Halbleiterschalter 12 zuzuführen sind, so daß die Steuerungen über eine Anzahl von Faktoren harmonisiert werden und das Bremsmoment über eine lange Zeitperiode aufrechterhalten werden kann.As shown above, this invention can carry out coordinated control by detecting the rotational speed of the main shaft of the internal combustion engine 1 and the output voltage from the inverter 4 and changing the duty ratio of ON-OFF control signals to be supplied to the semiconductor switch 12 based on the detected output, so that the braking torque can be maintained over a wide range. When power is dissipated for a long time and the temperature in the resistor 11 rises, this invention detects the electric current corresponding to the temperature change and changes the duty ratio of the ON-OFF control signals to be supplied to the semiconductor switch 12, so that the controls over a number of factors are harmonized and the braking torque can be maintained over a long period of time.

Die vorerwähnte Ausführungsform der Erfindung hat eine Struktur, bei der der Rotor der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 auf dem Schwungrad montiert ist, das in Verbindung steht mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, und ein Stator ist auf der Innenseite des Schwungradgehäuses montiert. Doch ist die Montageposition der Induktionsmaschine nicht beschränkt auf das Schwungrad oder das Schwungradgehäuse.The aforementioned embodiment of the invention has a structure in which the rotor of the multi-phase squirrel cage induction machine 2 is mounted on the flywheel that is connected to the crankshaft of the internal combustion engine, and a stator is mounted on the inside of the flywheel housing. However, the mounting position of the induction machine is not limited to the flywheel or the flywheel housing.

Einige der Ausführungsformen derselben werden nachstehend beschrieben. Fig. 19 zeigt einen Aufbau, bei dem die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 auf der Frontseite einer Brennkraftmaschine montiert ist. Obwohl diese Struktur unterlegen ist, indem sie nicht an einem konventionellen Fahrzeugchassis montiert werden kann, kann sie einen besseren Ausgleich für die Kurbelwelle schaffen und ein Kurbelwellentorsionsdämpfer kann weggelassen werden.Some of the embodiments thereof will be described below. Fig. 19 shows a structure in which the multiphase squirrel cage induction machine 2 is mounted on the front of an internal combustion engine. Although this structure is inferior in that it cannot be mounted on a conventional vehicle chassis, it can provide better balance for the crankshaft and a crankshaft torsion damper can be omitted.

Fig. 20 zeigt einen Aufbau, bei dem die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 am hinteren Abschnitt des Getriebes 300 montiert ist. In diesem Fall ist die Induktionsmaschine 2 nicht integral mit der Brennkraftmaschine 1, kann jedoch abgetrennt werden durch eine Kupplung (nicht dargestellt) und das Getriebe 300. Dieser Aufbau ermöglicht das Anlegen von Bremskraft selbst dann, wenn von der Brennkraftmaschine 1 getrennt, weil die Struktur integral ist mit der Drehung der Achse.Fig. 20 shows a structure in which the multi-phase squirrel cage induction machine 2 is mounted on the rear portion of the gearbox 300. In this case, the induction machine 2 is not integral with the engine 1, but can be separated by a clutch (not shown) and the gearbox 300. This structure enables the application of braking force even when separated from the internal combustion engine 1, because the structure is integral with the rotation of the axle.

Fig. 21 zeigt einen Aufbau, bei dem die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 am Eingang der Hinterachse 40 montiert ist. Wie der Aufbau gemäß Fig. 20, kann dieser Aufbau mittels einer Kupplung (nicht dargestellt) getrennt werden oder mittels des Getriebes 300, und ist deshalb nicht integral mit der Brennkraftmaschine 1. Die Befestigungsstruktur an der Brennkraftmaschine ist identisch mit einer, die für konventionelle Maschinen verwendet wird, ohne notwendige Änderungen oder Hinzufügungen, mit Ausnahme der Änderung der Länge der Kardanwelle.Fig. 21 shows a structure in which the multiphase squirrel cage induction machine 2 is mounted at the input of the rear axle 40. Like the structure according to Fig. 20, this structure can be separated by means of a clutch (not shown) or by means of the gearbox 300, and is therefore not integral with the internal combustion engine 1. The mounting structure to the internal combustion engine is identical to one used for conventional machines, without any necessary changes or additions, except for the change in the length of the propeller shaft.

Fig. 22 zeigt einen weiteren Aufbau, bei dem die Mehrphasen- Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 auf der Kardanwelle 30 zwischen dem Getriebe 300 und der Hinterachse 40 montiert ist. Wie bei den Beispielen nach Fig. 20 und 21, kann sie durch eine Kupplung (nicht dargestellt) oder durch das Getriebe 300 abgetrennt werden und ist nicht integral mit der Brennkraftmaschine 1. Es ergibt sich ein verbesserter Raumfaktor und die Kapazität, eine große umlaufende Maschine einzusetzen.Fig. 22 shows another structure in which the multi-phase squirrel cage induction machine 2 is mounted on the propeller shaft 30 between the gearbox 300 and the rear axle 40. As in the examples of Figs. 20 and 21, it can be separated by a clutch (not shown) or by the gearbox 300 and is not integral with the internal combustion engine 1. This results in an improved space factor and the capacity to use a large rotating machine.

Wie oben erwähnt, kann selbst dann, wenn die Einbauposition einer Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine 2 an dem Kraftfahrzeug unterschiedlich ist, jede Ausführungsform den gleichen Effekt erzielen, wie in der vorstehenden Erläuterung festgehalten, weil die Aufbauten und Betriebsgänge dieselben sind.As mentioned above, even if the installation position of a multi-phase squirrel cage induction machine 2 on the automobile is different, each embodiment can achieve the same effect as stated in the above explanation because the structures and operations are the same.

[INDUSTRIELLE ANWENDUNGEN][INDUSTRIAL APPLICATIONS]

Da der Mechanismus dieser Erfindung einen Mehrphasen-Käfigläufer-Induktor umfaßt, verglichen mit einem Verzögerer vom Wirbelstromtyp oder einen Induktortyp-Leistungsgenerator nach dem Stand der Technik, ist dieser Mechanismus kleiner und dauerhafter, weniger laut und weniger empfindlich gegenüber Magnetflußlecks, um dadurch eine stärkere Bremskraft zu erzeugen. Da der Mechanismus einen breiteren Spalt zwischen seinem Statorkern und dem Rotorkern zuläßt, kann die Herstellungsgenauigkeit weniger genau sein. Dieser Mechanismus ist deshalb sehr gut geeignet für die Massenherstellung von Elektrobremseinrichtungen. Dieser Mechanismus ist anwendbar auf verschiedene Kraftfahrzeuge einschließlich großer, mittlerer und kleinerer Automobile.Since the mechanism of this invention comprises a multi-phase squirrel cage inductor, compared with an eddy current type retarder or an inductor type power generator of the prior art, this mechanism is smaller and more durable, less noisy and less sensitive to magnetic flux leakage, thereby generating a stronger braking force. Since the mechanism allows a wider gap between its stator core and rotor core, the manufacturing accuracy can be less accurate. This mechanism is therefore very suitable for mass production of electric braking devices. This mechanism is applicable to various automobiles. including large, medium and small automobiles.

Dieser Mechanismus ist mit einem Invertermittel ausgestattet, das hinreichend Frequenzen einstellen kann zur Ausgabe einer Frequenz entsprechend der Drehzahl des magnetischen Drehfeldes des Mehrphasen- Käfigläufer-Induktors und mit einem Widerstand, der exzessive Übergangselektroenergie in thermische Energie umsetzen kann, wenn die Bremskraft angelegt wird, wodurch eine hohe Bremskraft aufrechterhalten wird durch Umsetzen exzessiver elektrischer Energie, die beim Bremsen erzeugt wird. Der Mechanismus dieser Erfindung kann betrieben werden als ein Antriebsmittel bei niedrigen Kosten und dadurch wirksam die Energie rezyklisieren, die beim Bremsen unvermeidlich erzeugt wird. Dies spart Brennstoff.This mechanism is equipped with an inverter means capable of setting frequencies sufficiently to output a frequency corresponding to the rotation speed of the rotating magnetic field of the multiphase squirrel cage inductor and a resistor capable of converting excessive transient electric energy into thermal energy when the braking force is applied, thereby maintaining a high braking force by converting excessive electric energy generated during braking. The mechanism of this invention can be operated as a driving means at a low cost, thereby effectively recycling the energy inevitably generated during braking. This saves fuel.

Darüber hinaus kann die Erfindung eine praktische Anwendung finden, welche kräftige Bremsmomente erzeugen kann, die über lange Zeitperioden wirksam sind und über einen weiten Bereich von Drehzahlen.Furthermore, the invention can find a practical application which can generate powerful braking torques which are effective over long periods of time and over a wide range of speeds.

Claims (23)

1 . Ein elektrischer Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug mit einer umlaufenden elektrischen Maschine (2), die an die Kurbelwelle (226) einer Brennkraftmaschine (1) für den Antrieb der Achse des Fahrzeugs angekoppelt ist, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kurbelwelle (226) und die Drehwelle der umlaufenden Maschine (2) direkt gekuppelt sind, daß die umlaufende Maschine (2) eine Mehrphasen- Käfigläufer-Induktionsmaschine ist, daß ein elektrisches Mittel vorgesehen ist zum Induzieren eines umlaufenden magnetischen Feldes für die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine (2), und daß der Mechanismus eine Gleichspannungs-Leistungsquelle einschließlich einer wiederaufladbaren Batterie (3) und einen Inverter (4) umfaßt, der ein umlaufendes magnetisches Feld zu der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine (2) übergibt, wobei der elektrische Strom von der Gleichspannungs-Leistungsquelle geliefert wird, wobei der Inverter (4) einen Frequenzeinstellbereich aufweist zum Ermöglichen von Ausgängen mit einer Frequenz, entsprechend der Drehzahl des umlaufenden Magnetfeldes, die höher ist als jene der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine (2), und einer Frequenz, entsprechend der Drehzahl des umlaufenden Magnetfeldes, die niedriger ist als jene der Drehzahl, jedoch in derselben Richtung.1. An electric brake and auxiliary motor mechanism for a motor vehicle having a rotary electric machine (2) coupled to the crankshaft (226) of an internal combustion engine (1) for driving the axle of the vehicle, characterized in that the crankshaft (226) and the rotary shaft of the rotary machine (2) are directly coupled, that the rotary machine (2) is a multiphase squirrel cage induction machine, that an electric means is provided for inducing a rotary magnetic field for the multiphase squirrel cage induction machine (2), and that the mechanism comprises a DC power source including a rechargeable battery (3) and an inverter (4) which supplies a rotary magnetic field to the multiphase squirrel cage induction machine (2), the electric current being supplied from the DC power source, the inverter (4) a frequency adjustment range for enabling outputs at a frequency corresponding to the speed of the rotating magnetic field which is higher than that of the multiphase squirrel cage induction machine (2) and a frequency corresponding to the speed of the rotating magnetic field which is lower than that of the speed but in the same direction. 2. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach Anspruch 1, bei dem der Rotor (221 bis 224) der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine (2) auf dem Schwungrad (200) montiert ist, das im Eingriff mit der Kurbelwelle (226) der Brennkraftmaschine (1) steht.2. The electric brake and auxiliary motor mechanism for a motor vehicle according to claim 1, wherein the rotor (221 to 224) of the multiphase squirrel cage induction machine (2) is mounted on the flywheel (200) which is in engagement with the crankshaft (226) of the internal combustion engine (1). 3. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach Anspruch 2, bei dem der Stator (211, 212) der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine (2) innerhalb des Schwungradgehäuses (215, 216) der Brennkraftmaschine (1) montiert ist.3. The electric brake and auxiliary motor mechanism for a motor vehicle according to claim 2, wherein the stator (211, 212) of the multiphase squirrel cage induction machine (2) is mounted within the flywheel housing (215, 216) of the internal combustion engine (1). 4. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach Anspruch 1, bei dem das Invertermittel (4) Schalterelemente (Qa . . . Qf) eines komplexen Typs umfaßt, die zwischen die Phasenklemmen der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine (2) und die positiven und negativen Klemmen der Gleichspannungs-Leistungsquelle geschaltet sind, und der einen parallelen Schaltkreis aus Transistoren und Dioden umfaßt.4. The electric brake and auxiliary motor mechanism for a A motor vehicle according to claim 1, wherein said inverter means (4) comprises switching elements (Qa . . . Qf) of a complex type connected between the phase terminals of said polyphase squirrel cage induction machine (2) and the positive and negative terminals of said DC power source, and which comprises a parallel circuit of transistors and diodes. 5. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach Anspruch 1, bei dem er ferner einen Rotationssensor (6) umfaßt, der die Drehzahlinformation der Mehrphasen-Käfigläufer- Induktionsmaschine (2) als elektrische Signale erfaßt, ein Steuermittel (14), das eine Steuerreferenz erzeugt, wenn das Fahrzeug angetrieben wird, einen Addierer, der die Steuerreferenz und die Drehzahlinformation addiert, und ein EIN-AUS-Steuersignal für die Schalterelemente (Qa . . . Qf) erzeugt, und eine Gleichspannungsschaltung eines Schalterkreises (12), angeschlossen an sowohl die Klemmen der Gleichspannungs-Leistungsquelle (3) als auch eines Widerstandes (11) von niedrigem Widerstandswert.5. The electric brake and assist motor mechanism for a motor vehicle according to claim 1, further comprising a rotation sensor (6) which detects the rotational speed information of the multi-phase squirrel cage induction machine (2) as electrical signals, a control means (14) which generates a control reference when the vehicle is driven, an adder which adds the control reference and the rotational speed information and generates an ON-OFF control signal for the switch elements (Qa . . . Qf), and a DC circuit of a switch circuit (12) connected to both the terminals of the DC power source (3) and a resistor (11) of low resistance. 6. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach Anspruch 5, bei dem das Steuermittel (14) für das Einstellen der Steuerreferenz einen ersten Schalter (S1) umfaßt, der durch den Fahrer manipuliert wird und einen Hilfsantriebsbefehl gibt, einen zweiten Schalter (S2), der von dem Fahrer manipuliert wird und der ein Hilfsbremskommando gibt, und einen Programmkontroller (CT2), der einen unterschiedlichen positiven oder negativen Schlupf für die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine (2) gibt durch Manipulieren des ersten oder zweiten Schalters (S1, S2).6. The electric brake and auxiliary motor mechanism for a motor vehicle according to claim 5, wherein the control means (14) for setting the control reference comprises a first switch (S1) which is manipulated by the driver and gives an auxiliary drive command, a second switch (S2) which is manipulated by the driver and gives an auxiliary brake command, and a program controller (CT2) which gives a different positive or negative slip for the multi-phase squirrel cage induction machine (2) by manipulating the first or second switch (S1, S2). 7. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus nach Anspruch 5, bei dem das Steuermittel (14), das die Steuerreferenz liefert, eine Schaltung umfaßt, die als einen Eingang die Betriebsdaten für einen Zündschlüsselschalter (KS) der Brennkraftmaschine (1) empfängt, während die Programmschaltung (CT2) ein Mittel enthält, das ein umlaufendes Magnetfeld liefert, geeignet zum Betätigen der Brennkraftmaschine (1) zu der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine (2), basierend auf den Betriebsdaten, um die Steuerreferenz auszugeben.7. The electric brake and assist motor mechanism according to claim 5, wherein the control means (14) providing the control reference comprises a circuit receiving as an input the operating data for an ignition key switch (KS) of the internal combustion engine (1), while the program circuit (CT2) includes a means providing a rotating magnetic field suitable for actuating the internal combustion engine (1) to the multi-phase squirrel cage induction machine (2) based on the operating data to output the control reference. 8. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach Anspruch 5, bei dem die Gleichspannungs-Leistungsquelle (3) eine wiederaufladbare Batterie (31) mit einer Nennspannung umfaßt, die niedriger ist als die Steuerspannung der Gleichspannungs- Leistungsquelle, einen Aufwärtszerhacker (Q2) und einen Abwärtszerhacker (Q3) von einem Reaktortyp, verbunden mit der wiederaufladbaren Batterie (31).8. The electric brake and assist motor mechanism for a motor vehicle according to claim 5, wherein the DC power source (3) comprises a rechargeable battery (31) having a rated voltage lower than the control voltage of the DC power source, a step-up chopper (Q2) and a step-down chopper (Q3) of a reactor type connected to the rechargeable battery (31). 9. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach Anspruch 5, bei dem der Schalterkreis (12) ein Schaltkreismittel umfaßt, das sich automatisch schließt, wenn die Klemmenspannung der Gleichspannungs-Leistungsquelle (3) eine vorbestimmte Spannung erreicht, welche die Steuerspannung derselben übersteigt.9. The electric brake and assist motor mechanism for a motor vehicle according to claim 5, wherein the switch circuit (12) comprises a switching circuit means which automatically closes when the terminal voltage of the DC power source (3) reaches a predetermined voltage which exceeds the control voltage thereof. 10. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach Anspruch 1, bei dem dieser ferner ein Mittel (34) umfaßt, das die wiederaufladbare Batterie (31) auf einem vorgebbaren Zielpegel hält, der niedriger ist als ihre bemessene Kapazität.10. The electric brake and assist motor mechanism for a motor vehicle as claimed in claim 1, further comprising means (34) for maintaining the rechargeable battery (31) at a predeterminable target level that is less than its rated capacity. 11. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach Anspruch 10, bei dem der voreingestellte Zielpegel 50 bis 70% der bemessenen Kapazität desselben beträgt.11. The electric brake and assist motor mechanism for a motor vehicle according to claim 10, wherein the preset target level is 50 to 70% of the rated capacity thereof. 12. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach Anspruch 5, bei dem das System ferner einen Detektor (14) umfaßt, der elektrische Signale entsprechend der Drehzahl der Kurbelwelle (226) erfaßt, und einen Kontroller (14), der den wesentlichen Wert des Widerstandes (11) gemäß der Drehzahl, indiziert durch den Erfassungsausgang von dem Detektor, erhöht.12. The electric brake and assist motor mechanism for a motor vehicle according to claim 5, wherein the system further comprises a detector (14) that detects electrical signals corresponding to the rotational speed of the crankshaft (226), and a controller (14) that increases the essential value of the resistor (11) according to the rotational speed indicated by the detection output from the detector. 13. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach Anspruch 12, bei dem der Kontroller ferner einen Halbleiter-Schalterkreis (12) umfaßt, der in Serie mit dem Widerstand (11) geschaltet ist, und einen Schalterkontroller (14), der periodisch dem Halbleiter-Schalterkreis (12) EIN-AUS-Steuersignale zuführt, und bei dem der Schalterkontroller (14) einen Schaltkreis umfaßt, der das Tastverhältnis der EIN-AUS-Steuersignale ändert auf der Basis der Erfassungsausgänge.13. The electric brake and auxiliary motor mechanism for a A motor vehicle according to claim 12, wherein the controller further comprises a semiconductor switch circuit (12) connected in series with the resistor (11) and a switch controller (14) which periodically supplies ON-OFF control signals to the semiconductor switch circuit (12), and wherein the switch controller (14) comprises a switching circuit which changes the duty cycle of the ON-OFF control signals based on the detection outputs. 14. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus nach Anspruch 13, bei dem der Detektor (14) einen Schaltkreis (13) umfaßt, der die an den Widerstand (11) angelegte Spannung als elektrische Signale entsprechend der Drehzahl der Kurbelwelle (226) erfaßt oder die Klemmenspannung der Serienschaltung des Widerstandes (11) und des Halbleiter- Schalterkreises (12).14. The electric brake and assist motor mechanism according to claim 13, wherein the detector (14) comprises a switching circuit (13) which detects the voltage applied to the resistor (11) as electrical signals corresponding to the rotational speed of the crankshaft (226) or the terminal voltage of the series connection of the resistor (11) and the semiconductor switching circuit (12). 15. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem der Kontroller (14) den effektiven Wert des Widerstandes (11) entsprechend dem Erfassungsausgang von dem Detektor (13) steuert.15. The electric brake and assist motor mechanism for a motor vehicle according to any one of claims 12 to 14, wherein the controller (14) controls the effective value of the resistor (11) according to the detection output from the detector (13). 16. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach Anspruch 5, bei dem das System ferner einen Detektor (15) umfaßt, der elektrische Signale entsprechend der Temperatur des Widerstandes (11) erfaßt, und einen Kontroller (14), der den effektiven Wert des Widerstandes (11) auf einen niedrigen Wert steuert, wenn der Widerstand zunimmt.16. The electric brake and assist motor mechanism for a motor vehicle according to claim 5, wherein the system further comprises a detector (15) that detects electrical signals corresponding to the temperature of the resistor (11) and a controller (14) that controls the effective value of the resistor (11) to a low value when the resistance increases. 17. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach Anspruch 16, bei dem der Kontroller einen Halbleiterschalter (12) umfaßt, der in Serie mit dem Widerstand (11) und einem Schalterkontroller (14) geschaltet ist, der periodisch EIN-AUS-Steuersignale dem Halbleiterschalter (12) zuführt, wobei der Schalterkontroller (14) eine Schaltung umfaßt, die das Tastverhältnis der EIN-AUS- Steuersignale gemäß dem Erfassungsausgang ändert.17. The electric brake and assist motor mechanism for a motor vehicle according to claim 16, wherein the controller comprises a semiconductor switch (12) connected in series with the resistor (11) and a switch controller (14) which periodically supplies ON-OFF control signals to the semiconductor switch (12), the switch controller (14) comprising a circuit which changes the duty ratio of the ON-OFF control signals according to the detection output. 18. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach Anspruch 17, bei dem der Detektor (15) eine Schaltung umfaßt, welche Änderungen in dem elektrischen Strom, der durch den Widerstand (11) fließt, als elektrische Signale entsprechend der Temperatur des Widerstandes (11) erfaßt.18. The electric brake and assist motor mechanism for a motor vehicle according to claim 17, wherein the detector (15) comprises a circuit which detects changes in the electric current flowing through the resistor (11) as electric signals corresponding to the temperature of the resistor (11). 19. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem der Schalterkontroller (14) ein Mittel umfaßt, das den wesentlichen Wert des Widerstandes (11) nur dann steuert, wenn der Erfassungsausgang von dem Detektor einen vorbestimmten Pegel übersteigt.19. The electric brake and assist motor mechanism for a motor vehicle according to any one of claims 16 to 18, wherein the switch controller (14) comprises means for controlling the essential value of the resistance (11) only when the detection output from the detector exceeds a predetermined level. 20. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach Anspruch 5, bei dem das System ferner einen Detektor (15) umfaßt, der elektrische Signale entsprechend der Temperatur des Widerstandes (11) erfaßt, und einen Kontroller (5), der den Gleichstrom des Inverters (4) entsprechend dem Erfassungsausgang des Detektors (15) steuert.20. The electric brake and assist motor mechanism for a motor vehicle according to claim 5, wherein the system further comprises a detector (15) that detects electric signals corresponding to the temperature of the resistor (11), and a controller (5) that controls the direct current of the inverter (4) according to the detection output of the detector (15). 21. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach Anspruch 20, bei dem der Kontroller (5), der die Gleichspannung steuert, ein Mittel enthält, das die Pulsbreite des elektrischen Stromes steuert, der der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine (2) zugeführt wird.21. The electric brake and assist motor mechanism for a motor vehicle according to claim 20, wherein the controller (5) controlling the DC voltage includes means for controlling the pulse width of the electric current supplied to the multiphase squirrel cage induction machine (2). 22. Der elektrische Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug nach Anspruch 20, bei dem der Kontroller (5), der den Gleichstrom steuert, ein Mittel umfaßt, das die Drehzahl des umlaufenden Magnetfeldes steuert, das der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine (2) zugeführt wird.22. The electric brake and assist motor mechanism for a motor vehicle according to claim 20, wherein the controller (5) controlling the direct current comprises means for controlling the speed of the rotating magnetic field supplied to the multiphase squirrel cage induction machine (2). 23. Ein elektrischer Brems- und Hilfsmotormechanismus für ein Motorfahrzeug mit einer umlaufenden elektrischen Maschine (2), die mit der Kurbelwelle (226) der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist, welche die Achse des Fahrzeugs antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Maschine (2) eine Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine ist, daß ein elektrisches Mittel vorgesehen ist zum Zuführen eines umlaufenden Magnetfeldes zu der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine (2), daß die Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine direkt zwischen das Getriebe (300) und die Hinterachse des Fahrzeugs gekoppelt ist, und daß der Mechanismus eine Gleichspannungs-Leistungsquelle einschließlich einer wiederaufladbaren Batterie (3) sowie einen Inverter (4) umfaßt, der ein umlaufendes Magnetfeld der Mehrphasen-Käfigläufer- Induktionsmaschine (2) zuführt, wobei der elektrische Strom von der Gleichspannungs-Leistungsquelle geliefert wird, welcher Inverter (4) einen Frequenzeinstellbereich aufweist, um Ausgangsfrequenzen entsprechend der Drehzahl des umlaufenden Magnetfeldes zu ermöglichen, die höher sind als jene der Mehrphasen-Käfigläufer-Induktionsmaschine (2), und einer Frequenz entsprechend der Drehzahl des umlaufenden Magnetfeldes, die niedriger ist als jene der Drehzahl, jedoch in derselben Richtung.23. An electric brake and auxiliary motor mechanism for a motor vehicle comprising a rotating electric machine (2) connected to the crankshaft (226) of the internal combustion engine (1), which driving the axle of the vehicle, characterized in that the rotating machine (2) is a multi-phase squirrel cage induction machine, that an electrical means is provided for supplying a rotating magnetic field to the multi-phase squirrel cage induction machine (2), that the multi-phase squirrel cage induction machine is coupled directly between the transmission (300) and the rear axle of the vehicle, and that the mechanism comprises a DC power source including a rechargeable battery (3) and an inverter (4) supplying a rotating magnetic field to the multi-phase squirrel cage induction machine (2), the electrical current being supplied by the DC power source, which inverter (4) has a frequency adjustment range to enable output frequencies corresponding to the speed of the rotating magnetic field which are higher than those of the multi-phase squirrel cage induction machine (2) and a frequency corresponding to the speed of the rotating magnetic field which is lower than that of the speed but in the same Direction.
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